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?Forta H系列-有吸引力的電動(dòng)汽車(chē)用非磁性材料

奧氏體不銹鋼Forta H系列為汽車(chē)電氣工程提供了重要的新替代品

奧托昆普的新型Forta H系列超高強(qiáng)度不銹鋼正在汽車(chē)工業(yè)中迅速引起人們的興趣,它可以幫助設(shè)計(jì)師創(chuàng)造堅(jiān)固,耐用和輕便的汽車(chē)結(jié)構(gòu)。但是,其功能并不止于此。Forta H系列還為電動(dòng)汽車(chē)(EV)電機(jī)和其他需要高性能非磁性材料的應(yīng)用提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的替代品。原因是,F(xiàn)orta H系列不銹鋼即使經(jīng)過(guò)大量的成形,機(jī)械加工和焊接,這種全奧氏體不銹鋼也具有完全穩(wěn)定的非磁性微觀結(jié)構(gòu)。


為什么非磁性材料對(duì)EV電動(dòng)機(jī)很重要?

簡(jiǎn)而言之,電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)將磁場(chǎng)中流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)力。電動(dòng)機(jī)的效率取決于運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)在損耗。這意味著某些關(guān)鍵部件,例如支撐環(huán)和保護(hù)殼,在理想情況下應(yīng)由非磁性材料制成,這將對(duì)磁場(chǎng)的影響最小化。

 

材料的非磁性程度也非常重要,使用99%(而非97%)的非磁性材料會(huì)對(duì)EV電動(dòng)機(jī)的整體效率產(chǎn)生非常重要的影響。電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造等許多其他因素也對(duì)效率產(chǎn)生重大影響。

 

磁性和非磁性不銹鋼

要了解Forta H系列的優(yōu)點(diǎn),我們要先考慮不同類(lèi)型不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)磁性的影響。


純鐵通常以?xún)煞N主要的晶體結(jié)構(gòu)存在:具有體心立方(bcc)晶格的α-鐵-形成鐵素體和具有面心立方(fcc)晶格的γ-鐵–形成奧氏體,見(jiàn)圖1。


在室溫下,純鐵作為鐵素體存在。在高于911°C的溫度下它會(huì)轉(zhuǎn)變成奧氏體。但是,稱(chēng)為奧氏體形成劑的特殊合金元素(如鎳,錳,鈷或氮)可使奧氏體在室溫下存在。由于其特征性的fcc微觀結(jié)構(gòu),奧氏體鋼表現(xiàn)出與鐵素體鋼不同的性能,特別是在耐腐蝕性方面。


在電氣工程方面,最關(guān)鍵的區(qū)別是鐵素體鋼具有鐵磁性,它們被磁鐵吸引,而奧氏體鋼具有順磁性,它們是非磁性材料。


還有另一個(gè)重要的晶體結(jié)構(gòu)–馬氏體。奧氏體在高溫下的fcc結(jié)構(gòu)使碳原子容易進(jìn)入鐵原子之間的空間。在bcc鐵素體結(jié)構(gòu)中,碳原子的空間要少得多。因此,如果非常快速地冷卻(淬火)加熱后的鋼,碳原子就會(huì)被困在鐵素體中,形成馬氏體的扭曲晶體結(jié)構(gòu)。這很重要,因?yàn)轳R氏體非常堅(jiān)硬,是強(qiáng)化鋼的重要因素,而且它也具有鐵磁性。


圖1 –純鐵可以?xún)煞N主要晶體形式存在-磁性鐵素體和非磁性?shī)W氏體

 

Forta H系列–始終非磁性,因?yàn)樗鼜牟恍纬神R氏體

在需要非磁性材料的應(yīng)用中使用常規(guī)奧氏體鋼的主要挑戰(zhàn)是,它們?nèi)菀自诔尚停瑱C(jī)械加工和焊接過(guò)程中形成馬氏體。磁性馬氏體會(huì)損害其非磁性。


這就是新的Forta H系列具有顯著優(yōu)勢(shì)的地方,嚴(yán)格控制奧氏體形成元素的添加使其具有完全的奧氏體組織。至關(guān)重要的是,它不會(huì)因形成馬氏體而變硬。相反,它依賴(lài)于具有稱(chēng)為T(mén)WIP(孿晶誘導(dǎo)塑性)效應(yīng)的硬化過(guò)程。這使鋼在加工時(shí)具有很高的瞬時(shí)硬化率(n值),并且顯微組織變得越來(lái)越細(xì)。


Forta H系列保持其穩(wěn)定且完全奧氏體的微觀結(jié)構(gòu),而不會(huì)在鉆孔,車(chē)削,銑削,沖壓和焊接等成形和加工過(guò)程中轉(zhuǎn)變成馬氏體。這意味著,它始終保持非磁性。圖2至5總結(jié)了Forta H系列的主要特性,這些特性對(duì)于電氣工程很重要。


圖2.不同材料的電導(dǎo)率


圖3.Forta H系列的物理特性


圖4.屈服強(qiáng)度和延伸率曲線


圖5. Forta H系列的機(jī)械性能


Forta H系列的磁性如何?

材料的磁性通過(guò)其磁導(dǎo)率來(lái)衡量,磁導(dǎo)率是材料對(duì)外加磁場(chǎng)線性反應(yīng)的磁化程度。磁導(dǎo)率通常是相對(duì)于空氣或真空的比值-標(biāo)稱(chēng)值為1。


Forta H系列的相對(duì)磁導(dǎo)率僅為1.006,相比之下,碳鋼的典型值為100,純鐵的典型值為5,000。

 

Forta H系列應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)組件

除了非磁性以外,F(xiàn)orta H系列具有很高的強(qiáng)度,含鎳量低且價(jià)格穩(wěn)定。在遠(yuǎn)高于EV電動(dòng)機(jī)可能遇到的300~350°C的高溫下,它還能保持其強(qiáng)度。這意味著Forta H系列提供了替代鋁合金的高性能解決方案。圖6中顯示可能使用Forta H系列材料的區(qū)域,包括主殼體,端蓋,法蘭端蓋和支撐盤(pán)。

圖6. Forta H系列可提供更高性能的電動(dòng)機(jī)組件

 

Forta H系列還可用于其他電氣應(yīng)用。例如,快速作用的電磁閥現(xiàn)在被大量用于車(chē)輛的座椅,車(chē)窗玻璃升降器和后視鏡等部件中。

 

電磁兼容性EMC因素

除了具有非磁性,F(xiàn)orta H系列還可以作為幫助關(guān)鍵的電氣組件滿足目前日益嚴(yán)格的電磁兼容性(EMC)標(biāo)準(zhǔn)的材料。這意味著關(guān)鍵的機(jī)載組件被屏蔽,以使它們不會(huì)發(fā)射會(huì)影響其他車(chē)輛的射頻干擾(RFI),同時(shí)還確保它們本身不受RFI的影響。隨著市場(chǎng)向半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展,EMC對(duì)于確保車(chē)輛的安全性和可靠性尤為重要。


Forta H系列具有1.24 m /(Ω·mm2)的低電導(dǎo)率,對(duì)于EMC應(yīng)用而言,它是鋁的電導(dǎo)率28-36 m /(Ω·mm2)的1/29。由于輻射功率受平方律控制,因此Forta H系列的屏蔽比鋁有效841倍。

 

Forta H系列-汽車(chē)電氣工程應(yīng)用的新選擇

無(wú)論是如何成型或加工,F(xiàn)orta H系列均保留完全奧氏體的非磁性,低電導(dǎo)率的微觀結(jié)構(gòu)。這使其非常適合:

  • 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)組件

  • 快速作用電磁閥

  • EMC屏蔽


Forta H系列的其他優(yōu)點(diǎn)包括:

  • 高強(qiáng)度,輕質(zhì)材料

  • 出色的防撞性能

  • 良好的耐腐蝕性

  • 低鎳含量,價(jià)格穩(wěn)定

  • 完全可回收

  • 優(yōu)異的技術(shù)支持

  • 先進(jìn)的研發(fā)中心

  • 對(duì)汽車(chē)行業(yè)的深刻理解


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