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奧氏體不銹鋼Forta H系列為汽車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)度不銹鋼正在汽車工業(yè)中迅速引起人們的興趣，它可以幫助設(shè)計師創(chuàng)造堅固，耐用和輕便的汽車結(jié)構(gòu)。但是，其功能并不止于此。Forta H系列還為電動汽車（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EV電動機(jī)很重要？

簡而言之，電動汽車的電動機(jī)將磁場中流動的電流轉(zhuǎn)換為驅(qū)動車輪的旋轉(zhuǎn)力。電動機(jī)的效率取決于運行過程中產(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，這將對磁場的影響最小化。

 

材料的非磁性程度也非常重要，使用99％（而非97％）的非磁性材料會對EV電動機(jī)的整體效率產(chǎn)生非常重要的影響。電動機(jī)的設(shè)計和構(gòu)造等許多其他因素也對效率產(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，我們要先考慮不同類型不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)對磁性的影響。

純鐵通常以兩種主要的晶體結(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的溫度下它會轉(zhuǎn)變成奧氏體。但是，稱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，因為馬氏體非常堅硬，是強(qiáng)化鋼的重要因素，而且它也具有鐵磁性。

圖1 –純鐵可以兩種主要晶體形式存在-磁性鐵素體和非磁性奧氏體

 

Forta H系列–始終非磁性，因為它從不形成馬氏體

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)械加工和焊接過程中形成馬氏體。磁性馬氏體會損害其非磁性。

這就是新的Forta H系列具有顯著優(yōu)勢的地方，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，它不會因形成馬氏體而變硬。相反，它依賴于具有稱為TWIP（孿晶誘導(dǎo)塑性）效應(yīng)的硬化過程。這使鋼在加工時具有很高的瞬時硬化率（n值），并且顯微組織變得越來越細(xì)。

Forta H系列保持其穩(wěn)定且完全奧氏體的微觀結(jié)構(gòu)，而不會在鉆孔，車削，銑削，沖壓和焊接等成形和加工過程中轉(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？

材料的磁性通過其磁導(dǎo)率來衡量，磁導(dǎo)率是材料對外加磁場線性反應(yīng)的磁化程度。磁導(dǎo)率通常是相對于空氣或真空的比值-標(biāo)稱值為1。

Forta H系列的相對磁導(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，含鎳量低且價格穩(wěn)定。在遠(yuǎn)高于EV電動機(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。

圖6. Forta H系列可提供更高性能的電動機(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)在被大量用于車輛的座椅，車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，以使它們不會發(fā)射會影響其他車輛的射頻干擾（RFI），同時還確保它們本身不受RFI的影響。隨著市場向半自動和全自動駕駛汽車發(fā)展，EMC對于確保車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-汽車電氣工程應(yīng)用的新選擇

無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：

• 電動汽車電機(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

• 對汽車行業(yè)的深刻理解

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