ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

1. Изучить работу лабораторной установки для измерения магнитных свойств вещества магнитных материалов.

2. Провести измерение параметров петли гистерезиса образцов из ферромагнитных сталей с различной структурой и свойствами, полученными при вариациях термической и деформационной обработок.

3. Проанализировать результаты измерений, определить структурно чувствительные и структурно нечувствительные магнитные параметры.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Неразрушающий контроль – это наука о принципах, методах и средствах обнаружения и измерения дефектов, то есть наука, с помощью которой проверяется соблюдение стандартов качества материалов и полуфабрикатов, надежность деталей и безопасность работы машин и механизмов при эксплуатации. Термин «неразрушающие испытания» используется в качестве собирательного названия всех методов, позволяющих испытывать или контролировать материал изделия без ущерба для его последующего использования. Можно выделить два главных направления магнитного НК: 1) дефектоскопия – выявления дефектов нарушения сплошности материала изделия (трещины, поры, включения, расслоения и т. д.); 2) структуроскопия – определение структуры и фазового состава материала изделия и оценка физико-механических свойств материала изделия по одному или нескольким его магнитным параметрам.

ДЕФЕКТ – это каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией. Таким образом, иногда термин «дефектоскопия» трактуется в широком смысле как комплекс косвенных неповреждающих и неразрушающих методов контроля качества материалов, полуфабрикатов, деталей, машин и механизмов, включая аппаратуру для контроля, методики испытаний и нормы браковки.

Проблема контроля качества продукции на отдельных технологических операциях, при приемке и сдаче сырья, металлов, сплавов, полуфабрикатов и изделий, узлов и машин является чрезвычайно важной. Это обусловлено тем, что даже самая совершенная технология не может обеспечить получения полностью бездефектного материала или изделия. При этом под дефектом понимаются любые отклонения от заданных физических или других свойств материала или изделия. Кроме того, очень актуальной является задача выявления дефектов деталей машин и механизмов в условиях эксплуатации. В решении этих вопросов большая роль отводится неразрушающим физическим методам контроля.

Методы контроля качества материалов и изделий должны обеспечить надежное обнаружение дефектов, весьма разнообразных по своей природе. Исследование изменений физических характеристик материала и обнаружение таким путем различного рода дефектов, являющихся причиной этих изменений, составляет физическую основу неразрушающих методов контроля.

В основе электромагнитных методов контроля качества термической, химико-термической и других видов обработок лежит зависимость магнитных и электрических свойств от изменений структуры металла, имеющих место в процессе этих обработок. Однако эта зависимость является очень сложной, ряд факторов, влияющих на нее, взаимно переплетаются, и поэтому не существует какого-либо универсального закона, позволяющего во всех случаях без предварительных исследований применять магнитный или электрический метод контроля вместо механических и металлографических исследований. В каждом конкретном случае в зависимости от сорта стали и специфических ее свойств, полученных в результате предшествующих обработок, выбирается соответствующий магнитный или электрический параметр (магнитная проницаемость , коэрцитивная сила , намагниченность насыщения , удельное электросопротивление и др.), наиболее просто измеряемый и максимально чувствительный к интересующим нас свойствам изделий.

Соответственно выбранному параметру, форме и размерам изделия, подлежащего контролю, разрабатывается аппаратура, позволяющая быстро и достаточно точно производить контроль механических или других физических или эксплуатационных свойств изделий по его магнитным и электрическим свойствам.

Под магнитным структурным анализом (магнитной структуроскопией) следует понимать всякие магнитные испытания, основной целью которых является не установление магнитных свойств данного изделия или сплава как таковых, а суждение по магнитным свойствам о тех или других физических характеристиках изделия или совершающихся в нем явлениях.

Магнитные методы контроля механических свойств изделий во многих случаях имеют огромное практическое преимущество по сравнению с другими методами, так как они:

ü сравнительно просты и осуществляются с большой скоростью;

ü чрезвычайно чувствительны ко всяким изменениям структуры, происходящим в процессе механической и термической обработок;

ü не связаны с нарушением целостности изделия (в то время как любое механическое испытание сопряжено с разрушением или изменением формы контролируемого изделия или его поверхности).

Кроме того, при соответствующей конструкции аппаратуры, электромагнитные методы могут отражать свойства, как всего объема изделия, так и его поверхностных слоев заданной толщины, в то время как, например измерение твердости дает сведения только о свойствах поверхности.

3. 1. Магнитные характеристики ферромагнетиков

В настоящее время известно, что магнитные свойства вещества обусловлены спиновым и орбитальным магнитными моментами электронов, а также магнитными моментами ядер атомов. Опыты показали, что у некоторых металлов спиновый магнитный момент играет основную роль в создании магнитного момента атома. Чтобы атом в целом имел магнитный момент, спиновые магнитные моменты должны быть нескомпенсированы. Это возможно в атомах с незаполненными оболочками. К ним относятся элементы переходной группы, редкоземельные элементы и некоторые другие. Однако наличие незаполненных оболочек в атоме еще не является достаточным условием для существования ферромагнетизма. Между спинами соседних атомов должно существовать еще сильное электрическое взаимодействие квантовомеханической природы (обменное взаимодействие). Это приводит к возникновению самопроизвольной намагниченности, когда магнитные моменты атомов ориентируются в очень малых объемах (доменах) в одном направлении, как, например, у железа (Fe), никеля (Ni), кобальта (Co), самария (Sm) и некоторых других веществ, называемых ферромагнетиками.

Существуют вещества, для которых энергетически выгодной является антипараллельная ориентация спинов (отрицательное значение обменной энергии). Эти вещества называют антиферромагнетиками. Кристаллическая решетка этих материалов состоит из двух подрешеток, каждая из которых обладает своим магнитным моментом. Магнитные моменты подрешеток направлены антипараллельно. Различают скомпенсированный (суммарный магнитный момент материала равен нулю) и нескомпенсированный антиферромагнетизм (самопроизвольная намагниченность отлична от нуля). Последние материалы носят название ферримагнетиков или ферритов. Многие свойства ферритов (доменная структура, поведение во внешних магнитных полях и т. д.) аналогичны свойствам ферромагнетиков.

Для всех веществ между намагниченностью M и внешним магнитным полем H имеется связь вида:

, (1.1)

где – магнитная восприимчивость. Величина восприимчивости диа- и парамагнитных веществ очень мала (10^-2 - 10^-6), причем у диамагнитных веществ она отрицательна. Для ферро- и ферримагнетиков соотношение (1) является нелинейным, так как существует сильная зависимость от напряженности магнитного поля, при этом восприимчивость этих веществ достигает очень больших (до 10⁶ ) значений. Если какое-либо вещество поместить во внешнее магнитное поле, то внутри этого вещества магнитные моменты атомов создадут магнитные поля, которые будут складываться с внешним полем. Среднее магнитное поле в веществе называется магнитной индукцией В. Магнитная индукция характеризует магнитное состояние вещества в некотором бесконечно малом объеме. Она является функцией внешнего магнитного поля и определяется соотношением:

, (1.2)

где – магнитная проницаемость вакуума ( =4 10^-7 Гн/м). Величина называется магнитной проницаемостью вещества.

3. 1. 1. Поведение ферромагнетиков и ферритов во внешних магнитных полях

При отсутствии внешнего магнитного поля в зависимости от магнитной предыстории ферромагнетики могут находиться как в размагниченном состоянии (М = 0, Н=0), так и в состоянии с некоторой остаточной намагниченностью (М ¹ 0, Н = 0). Размагниченное состояние характеризуется тем, что магнитные моменты доменов распределены совершенно хаотично. Его можно получить, например, нагреванием вещества выше точки Кюри (то есть температуры, при которой ферромагнетик становится парамагнетиком) и последующим охлаждением в отсутствии магнитного поля или помещением в переменное магнитное поле с плавно убывающей амплитудой.

При увеличении внешнего магнитного поля H магнитное состояние предварительно размагниченного ферромагнетика меняется по кривой намагничивания (см. рис. 1. 1).

Кривую намагничивания ферромагнетиков можно условно разделить на несколько участков, которые характеризуются определенными процессами намагничивания. В области начального или обратимого намагничивания (участок 1) магнитная восприимчивость k и проницаемость m являются постоянными величинами. Изменение намагниченности в этой

области происходит в основном за счет обратимых процессов, которые обусловлены упругим смещением границ между доменами, и описывается выражением:

, (1.3)

где – начальная магнитная восприимчивость.

Рис. 1. 1. Кривая намагничивания ферромагнетика

Вторая область кривой намагничивания (область Релея) характеризуется тем, что в этой области наряду с обратимым смещением доменных границ существенную роль начинают играть необратимые процессы смещения. В этой области зависимость намагниченности от поля подчиняется закону Рэлея:

, (1.4)

где – коэффициент Рэлея.

Третья область кривой соответствует быстрому возрастанию намагниченности, изменение которой имеет здесь ступенчатый вид (скачки Баркгаузена), что связано с преимущественно необратимым смещением границ между областями самопроизвольной намагниченности.

В области 4 (область приближения к насыщению) изменение намагниченности объясняется главным образом процессами вращения, когда направление вектора самопроизвольной намагниченности доменов приближается к направлению внешнего поля. Процессы вращения могут носить как обратимый, так и необратимый характер.

На последнем участке (5) кривой намагничивания значение намагниченности практически равно намагниченности насыщения . Слабое увеличение намагниченности здесь происходит в результате ориентации спиновых моментов отдельных электронов, находящихся внутри областей самопроизвольной намагниченности.

Если после получения основной кривой намагничивания уменьшать постепенно значение магнитного поля, то кривая намагничивания не будет совпадать с основной кривой (см. рис. 1. 2). Для одних и тех же значений напряженности магнитного поля получаются различные значения намагниченности. Это явление называется магнитным гистерезисом.

Значение намагниченности, получаемое при напряженности поля, равной нулю, называется остаточной намагниченностью . Она обычно меньше значения насыщения . Если с этого момента опять увеличивать поле, но уже в другом направлении, то величина намагниченности будет уменьшаться и при некотором значении обратного поля она будет равна нулю. Это значение напряженности магнитного поля называется коэрцитивной силой. Дальнейшее увеличение напряженности обратного поля изменит значение намагниченности до величины - . Таким образом, пройдя полный цикл изменения намагниченности от + до - и обратно, мы получим замкнутую кривую, которая называется петлей магнитного гистерезиса. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии затраченной на цикл перемагничивания.

Аналогичная петля гистерезиса получается и в координатах Н, В (магнитное поле, магнитная индукция). Однако, как видно из формулы (2), в высоких полях индукция продолжает возрастать вместе с ростом поля благодаря росту слагаемого .

Рис. 1. 2. Петля магнитного гистерезиса ферромагнетиков и ферритов

Рис. 1. 3. Зависимость полной m , дифференциальной и обратимой проницаемостей от поля на кривой намагничивания

Динамика процессов намагничивания при различных значениях поля может быть охарактеризована величинами проницаемостей (см. рис. 1.3).

Участок 1 кривой намагничивания характеризуется начальной проницаемостью , которая определяется как:

. (1.5)

Полная проницаемость определяется отношением величины индукции В к соответствующему значению магнитного поля в данной точке кривой индукции:

. (1.6)

Как видно из рисунка 1. 3, полная проницаемость при определенном значении магнитного поля достигает максимальной величины. Эту величину легко найти, проведя касательную к кривой намагничивания из начала координат. Угол наклона этой касательной определяет значение максимальной проницаемости . Соответствующее значение поля называется полем максимальной проницаемости . Если магнитное состояние вещества фиксируется какой-либо точкой на кривой намагничивания, то при увеличении магнитного поля на величину возрастает и индукция на величину и, соответственно, смещается точка на кривой намагничивания. Величина:

(1.7)

называется дифференциальной проницаемостью. При уменьшении магнитного поля индукция уменьшается не по кривой намагничивания, а несколько медленнее. Если затем опять увеличить поле, то магнитная индукция возвратится к исходному состоянию, но уже по новому пути (то есть будет описана узкая петля). Наклон полученной петли называется обратимой проницаемостью и описывается выражением:

. (1.8)

Все сказанное выше о поведении и характеристиках ферромагнетиков в полной мере относится и к ферритам.

3. 2. Cтруктурная чувствительность магнитных свойств

Один из важнейших признаков структуры – это дефекты кристаллического строения, то есть вакансии, дислокации, дефекты упаковки, примесные атомы в небольших количествах. Значительное количество атомов, введенных в металл, изменяет его состав и не может рассматриваться как дефект структуры. В этом случае следует говорить о легировании, которое изменяет фазовое состояние металла. Кроме того, внутренние напряжения и границы зерен также могут влиять на физические свойства металла. Однако современное модельное описание напряжений и границ зерен сводит их к совокупности дефектов кристаллического строения. Таким образом, рассматривая влияние структуры на свойства, мы прежде всего подразумеваем их зависимость от дефектов строения. К структурным особенностям поликристаллических тел, влияющим на свойства, относится и кристаллическая текстура. Степень ее совершенства или отсутствие текстуры влияют на значение свойств, чувствительных к анизотропии кристалла. Кроме текстуры, связанной с кристаллической анизотропией, на структурно чувствительные свойства двух- и многофазных сплавов влияет также текстура, связанная с относительным расположением фазовых составляющих.

Таким образом, структурная чувствительность свойств – это их зависимость от кристаллических дефектов и текстуры. Однако некоторые свойства так мало зависят от структуры, что могут быть признаны структурно нечувствительными. Примером является намагниченность насыщения ферромагнетика, которая равна сумме атомных магнитных моментов в единице объема вещества.

Все свойства, как структурно чувствительные, так и структурно нечувствительные, зависят от фазового состояния, то есть от состава, количественного соотношения и кристаллической структуры фаз, из которых состоит металл. Например, однофазный ферромагнитный сплав, представляющий собой твердый раствор, может быть неупорядоченным или в различной степени упорядоченным, то есть находиться в различном фазовом состоянии. В зависимости от степени упорядочения изменяется такое свойство, как намагниченность насыщения , хотя оно структурно нечувствительно. Состав сплава – это характеристика фазового состояния. Часто трудно отделить влияние структуры от влияния фазового состояния на то или иное свойство, однако при сочетании структурного анализа и измерения этого свойства такое разделение возможно. Отсюда следует, что после того как определены свойства и выполнен структурный анализ, измерением данного свойства в некоторых случаях можно пользоваться как косвенным методом структурного анализа. Особенно полезно сочетание измерений различных свойств – структурно чувствительных и структурно нечувствительных. Оно позволяет решать многочисленные задачи, сводящиеся к анализу фазового и структурного состояния металлов и сплавов и к анализу изменения этого состояния при различных видах обработки.

В случае магнитных свойств к структурно нечувствительным свойствам относятся следующие: самопроизвольная намагниченность , температура Кюри , константа естественной кристаллографической магнитной анизотропии. Эти свойства определяются сортом атомов и типом кристаллической решетки и не зависят (или слабо зависят) от микроструктуры. На эти свойства не влияют также ни форма, ни размеры образца. Поскольку структурно нечувствительные свойства, как и все другие, зависят от фазового состава материалов, то их еще принято называть фазочувствительными.

Структурно чувствительными свойствами являются: начальная и максимальная магнитные проницаемости, коэрцитивная сила , остаточная намагниченность (остаточная индукция ), потери на гистерезис и т. д. Эти свойства чрезвычайно резко зависят от условий изготовления и термической обработки (то есть от микроструктуры), а также от размеров образца. Наибольшее влияние на эти свойства оказывают атомы растворенного элемента, дислокации, границы зерен, наличие второй фазы и ее дисперсность.

Из сказанного следует, что, изменяя фазовое состояние и структуру сплавов, можно воздействовать на их свойства в широком диапазоне величин. Изменять фазовое состояние можно, подбирая состав сплавов, а структуру – путем соответствующей обработки: термической, пластической, термомагнитной и др. При изучении связи магнитных свойств со структурой и механическими свойствами именно структурно чувствительные свойства и представляют непосредственный теоретический и практический интерес. При этом необходимо отметить, что главным элементом структуры ферромагнитных материалов, в основном определяющим все их магнитные свойства, является доменная структура.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов, не содержащих границ доменов, являются структурно нечувствительными. Магнитная проницаемость и коэрцитивная сила в этом случае определяются лишь свойствами самого материала и взаимодействием между электронами и положительными ионами в образце.

В настоящее время имеются сравнительно достаточные сведения о структуре доменов и элементарных процессах намагничивания, однако современное состояние теории не позволяет еще получить однозначные количественные соотношения между величинами магнитных параметров и различными структурными характеристиками материалов. Правда, некоторые общие закономерности этой связи нашли свое качественное объяснение. Так, например, выяснен общий характер зависимости такого важного магнитного параметра, как коэрцитивная сила, от величины и неоднородности внутренних напряжений и их дисперсности, от количества и распределения немагнитных включений. Аналогичные соотношения получены для некоторых других структурно чувствительных магнитных параметров ( , ). Однако для установления конкретной связи между магнитными свойствами и структурным состоянием ферромагнитного материала нельзя обойтись без дальнейшего исследования этой связи.

3. 3. Измерение магнитных свойств

3. 3. 1. Коэффициент размагничивания. Магнитные свойства вещества и тела

Для образцов незамкнутой формы (например, цилиндр конечной длины) намагниченность зависит не только от напряженности приложенного магнитного поля , но и от формы образца. Если ферромагнетик (или феррит) разомкнутой формы находится в магнитном поле, то на его поверхности в направлении магнитного поля возникнут магнитные заряды, которые создадут дополнительное (размагничивающее) магнитное поле , направленное внутри образца противоположно внешнему полю и намагниченности. Тогда истинное магнитное поле внутри образца будет равно:

. (1.9)

Размагничивающее поле пропорционально намагниченности образца:

, (1.10)

где N – коэффициент размагничивания. Таким образом, магнитное поле внутри ферромагнетика разомкнутой формы всегда меньше внешнего поля:

. (1.11)

Величина коэффициента размагничивания N в сильной степени зависит от относительной длины образца (т.е. от отношения длины образца к его поперечным размерам). Величина N уменьшается при увеличении длины образца. Из выражений (1) и (11) можно получить зависимость между внутренним и внешним магнитными полями:

, (1.12)

где – магнитная восприимчивость вещества, которая определяется только физической природой материала и не зависит от его формы.

Величина магнитной восприимчивости тела связана с магнитной восприимчивостью вещества следующим выражением:

. (1.13)

Зная величину коэффициента размагничивания N,с помощью приведенных выше выражений можно по характеристикам тела определять характеристики вещества.

3. 3. 2. Методы создания и измерения магнитного поля

Образцы замкнутой формы (тороиды, рамки) намагничиваются с помощью обмотки, витки которой равномерно распределены по периметру образца. В случае тороида напряженность намагничивающего поля можно определять по приближенной формуле:

, (1.14)

где – число витков намагничивающей обмотки;

– ток в намагничивающей обмотке [A];

– средний радиус тороида [м], который рассчитывается по формуле:

, (1.15)

где и – соответственно внешний и внутренний радиусы тороида.

Для намагничивания образцов незамкнутой формы используются электромагниты разнообразных систем и, наиболее часто, соленоиды (длинные катушки). Напряженность магнитного поля в бесконечно длинном однослойном соленоиде рассчитывается по формуле:

, (1.16)

где – число витков соленоида на единицу длины [1/м];

– ток в соленоиде [A].

Для соленоидов конечных размеров и многослойных соленоидов постоянная определяется, как правило, экспериментально. Обмотка соленоидов выполняется таким образом, чтобы создавать однородное магнитное поле необходимой величины в заданном объеме.

При измерениях магнитных свойств в замкнутой цепи (электромагниты, пермеаметры и т. д.) внутреннее магнитное поле определяют путем измерения магнитного поля на поверхности намагничиваемого образца с помощью малогабаритных датчиков (датчики Холла, феррозонды, катушки поля). Эта возможность является следствием непрерывности тангенциальной составляющей магнитного поля при переходе через границу ферромагнетика.

3. 3. 3. Измерение кривой намагничивания и петли гистерезиса

Для определения магнитных свойств вещества (т. е. истинных значений магнитных свойств ферромагнетиков) необходимо измерять магнитную индукцию в образце и внутреннее магнитное поле.

Магнитную индукцию определяют по изменению магнитного потока , проходящего через измерительную обмотку, намотанную на образец предельно близко к его поверхности так, что площадь витка измерительной обмотки должна как можно меньше отличаться от площади поперечного сечения образца. В этом случае изменение магнитной индукции в образце можно определить по формуле:

, (1.17)

где – число витков измерительной обмотки;

– поперечное сечение образца.

Для измерения изменения магнитного потока могут быть использованы баллистический метод измерения [5] либо метод электронного интегрирования сигнала измерительной обмотки (например, микровеберметр Ф5050).

Наиболее просто определить магнитные свойства вещества образца тороидальной формы. При этом внутреннее магнитное поле рассчитывается по формуле (14), а индукция определяется с использованием формулы (17).

Определение магнитных свойств вещества разомкнутых образцов конечных размеров (шар, диск, цилиндр, прямоугольный параллелепипед и т. д.) может осуществляться при их намагничивании в разомкнутой (соленоид) или в замкнутой (пермеаметр) магнитной цепи. В случае разомкнутой цепи необходимо, чтобы форма образца допускала его однородное намагничивание, а также было известно значение его коэффициента размагничивания N. Это возможно для шара (N=1/3), бесконечно тонкой пластины при ее намагничивании перпендикулярно поверхности (N=1), бесконечно длинного цилиндра при поперечном (N=1/2) или продольном (N=0) намагничивании, а также для некоторых других форм образцов. На практике могут использоваться образцы, близкие по форме к указанным выше. Примером может служить продольно намагничиваемая длинная проволока маленького диаметра, для которой коэффициентом размагничивания можно пренебречь (N 0).

Измерение магнитных свойств образцов, которые во внешнем магнитном поле намагничиваются неоднородно (например, прямоугольный параллелепипед), проводится в замкнутой магнитной цепи.

На рис. 1.4 приведена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения магнитных свойств ферромагнетиков. В состав установки входят: регулируемые источники намагничивающего (1) и размагничивающего (2) токов; пермеаметр (3); микровеберметр Ф5050 (4), цифровой вольтметр В7-34А (5) для измерения намагничивающего тока по падению напряжения на образцовом сопротивлении R; устройство автоматического размагничивания УАР (6); магнитометр (7) с малогабаритным датчиком поля; переключатель К1 для подключения источников намагничивающего 1 или размагничивающего 2 тока к обмоткам пермеаметра; ключ К2 для изменения полярности тока в обмотках пермеаметра.

Необходимые для расчета данные образцов (площадь поперечного сечения) и число витков измерительной обмотки должны быть самостоятельно определены при выполнении работы.

Перед измерением кривой намагничивания образцы должны быть размагничены. Для этого выход УАР через клеммы на задней панели и ключи К1 и К2 необходимо соединить с намагничивающей обмоткой тороида.

Рис. 1.4. Принципиальная схема лабораторной установки

для измерения магнитных свойств ферромагнетиков и ферритов

Включить УАР в сеть и прогреть в течение 10 минут. После загорания индикатора «Готовность» нажать на кнопку «Пуск». Устройство в течение 30-40 секунд будет подавать в намагничивающую обмотку знакопеременные импульсы тока с плавно убывающей амплитудой. Амплитуда размагничивающих импульсов может быть определена по амперметру на передней панели УАР или по показаниям цифрового вольтметра. По окончании размагничивания УАР выключить.

Измерение кривой намагничивания (коммутационной) проводится в следующем порядке. В намагничивающую обмотку образца от источника 1 подается ток . Переключателем К2 проводится 5–7 коммутаций (изменений направления тока). После этого измеряется изменение магнитного потока в образце при изменении намагничивающего тока от до . Магнитный поток измеряется при помощи микровеберметра Ф5050 в соответствии с приложенным к данной работе описанием этого прибора. Значения изменения индукции рассчитываются по формуле (17). Учитывая, что индукция изменилась от до , то есть , легко рассчитать индукцию . Измерив магнитометром 7 соответствующее значение внутреннего магнитного поля, получают координаты первой точки на кривой намагничивания. После увеличения намагничивающего тока цикл измерений повторяется. Шаг приращения тока выбирается с учетом формы кривой намагничивания (на участке крутого возрастания индукции приращение тока должно быть на порядок меньше, чем в высоких полях, близких к полю насыщения).

Максимальное значение намагничивающего тока Imax не должно превышать 3,5 А. Во избежание перегрева намагничивающих обмоток не следует на длительное время оставлять включенным ток более 1 А.

Измерение точек предельной петли гистерезиса проводится в следующем порядке. Вначале проводится магнитная подготовка, заключающаяся в 5–7 коммутациях намагничивающего поля . Величина должна обеспечивать намагничивание образца до насыщения. Затем при максимальном значении намагничивающего поля по описанной выше методике определяется максимальное значение индукции . После этого намагничивающее поле уменьшается до величины Н' и при быстром изменении поля от до Н' измеряется соответствующее изменение индукции . Далее по формуле (17) определяется значение и магнитометром измеряется поле . Для измерения других точек петли гистерезиса образец снова должен быть приведен в состояние , включением и 5–7 кратной коммутацией максимального тока. При новом значении определяется новая точка петли.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1. Изучить данное руководство.

2. По техническим описаниям микровеберметра Ф5050, источников тока Б5-70 и ТЕС-21, цифрового вольтметра В7-34А изучить порядок работы с указанными приборами.

3. Практически ознакомиться с устройством измерительной установки и продумать последовательность действий при измерениях.

4. Получить у преподавателя персональное задание, составить план выполнения лабораторной работы.

5. Провести необходимые измерения. С целью уменьшения случайной погрешности измерение каждого значения поля и индукции повторять не менее 3 раз и находить среднее.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Структура отчета:

ü название и цель работы;

ü краткие теоретические сведения (не более 2 страниц);

ü принципиальная схема экспериментальной установки с кратким описанием порядка проведения измерений;

ü таблицы результатов измерений и расчетов (ГОСТ 2.105-85);

ü графики экспериментально определенных зависимостей (ГОСТ 2.319-81);

ü анализ результатов работы;

ü заключение.

2. Отчет должен быть представлен на бумаге формата А4. Графики и формулы должны быть выполнены разборчиво. Рекомендуется использовать компьютерные технологии обработки результатов измерений и оформления отчета (в отчете должно быть указано использованное программное обеспечение).

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Понятия и физические основы электромагнитной дефектоскопии и магнитного структурного анализа.

2. Магнитные свойства ферромагнетиков и ферритов.

3. Влияние состава и структуры на магнитные свойства сплавов.

4. Структурно чувствительные и структурно нечувствительные свойства.

5. Создание и измерение магнитного поля, измерение магнитной индукции.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. М.-Л.: ОГИЗ-Гостехиздат, 1948.

2. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Т. 1. Магнитные свойства веществ. 0 М.: Мир, 1983.

3. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Т. 2. Магнитные характеристики и практические применения. М.: Мир, 1987.

4. Ситидзе Ю., Сато Х. Ферриты. М.: Мир, 1964.

5. Чечерников В. И. Магнитные измерения. М.: Изд-во Московского университета, 1969.

6. Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и славов. М.: Металлургия, 1980.

7. Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993.

8. Кузнецов И. А. Магнитный структурный анализ. Свердловск: Изд-во УрГУ, 1984.

ПРИЛОЖЕНИЕ: технические описания микровеберметра Ф5050, источников тока Б5-70 и ТЕС-21, цифрового вольтметра В7-34А.