Железоуглеродистые сплавы широко применяются как магнито-мягкие материалы в качестве магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, сердечников магнитных усилителей и т. д.
Способность железа притягиваться магнитом и быть самому магнитом была известна очень давно. Очевидно, человек познакомился с этим удивительным свойством, встретив куски магнитного железняка. Впервые магнетизм получил практическое применение в Древнем Египте и Индии — в медицине, в Китае — изобретение компаса (около 3000 лет назад).
Металлов, способных намагничиваться (их назвали ферромагнетиками), всего девять. Более 95 % магнитов, существующих в мире, представляют собой сплавы на основе железа, никеля и кобальта. Остальные шесть металлов — гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий — представители редкоземельных металлов — пока не нашли широкого практического применения, но предвидится их исключительная перспектива.
Еще в школе нам показывали опыт с намагничиванием железа. Кажется, получить постоянный магнит — простейшая задача. Да, не очень сложная. А как увеличить магнитную энергию? Ученые и инженеры, постоянно совершенствуя свойства магнитов, сделали очень много. Так, 60 лет назад металл считался хорошо намагниченным, если он удерживал груз, равный себе по массе. А современные постоянные магниты имеют способность притягивать и поднимать груз, который в 500 раз превышает массу самого магнита. Достигается это термообработкой, легированием и некоторыми другими методами. Основными сплавами для постоянных магнитов на основе железа являются сплавы железо — кобальт — молибден, железо — никель — медь — кобальт и др.
Однако технике необходимы не только постоянные магниты. Необходимы материалы, которые могли бы применяться для усиления и концентрации магнитного потока в качестве магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, электромагнитных сердечников. Данная группа сплавов должна обладать малой потерей энергии при перемагничивании. В этом случае на помощь приходит легирование. Железо, содержащее до 5 % кремния, удовлетворяет подобным требованиям.
Следует отметить, что кремний, как и всякая другая примесь, оказывает вредное влияние на магнитные свойства стали, однако он имеет способность вытеснять при плавке углерод, кислород и серу — более вредные примеси. В шлак уходят, например, кислород в виде окиси кремния и углерод в виде графита (кремний способствует графити-зации углерода). Тем самым кремний улучшает магнитные свойства.
В заводской практике стали, содержащие до 2 % кремния, идут на штамповку якорных и статорных наборов со сложной конфигурацией. А стали с высоким содержанием кремния (2—5 %), что сильно ухудшает штампуемость, используют только для получения сердечников трансформаторов, имеющих более простую конфигурацию.
Можно ли получить железо немагнитное? Оказывается, есть такая возможность. Например, сплав железа с никелем (25%), хромом (3 %) и углеродом (0,25 %). Такая сталь применяется для изготовления болтов, стягивающих сердечники трансформаторов, кожухи обмоток.