Магнитными свойствами

При контроле электромагнитными методами ферромагнитных материалов задача состоит в том, чтобы на основе анализа электрических и магнитных характеристик проверяемого изделия определить химический состав, прочность, твердость металла, глубину цементированного и азотированного слоев, количества углерода в слое, степень наклепа, остаточные или действующие напряжения, содержание ферритной фазы (а-фазы) в сварных швах сталей аустенитного и ферритно-аустенитного классов, сортировать стали по маркам и осуществлять контроль качества термической и химико-термической обработки и т. д. Наиболее структурно-чувствительными магнитными параметрами металлов являются коэрцитивная сила, остаточная индукция и магнитная проницаемость [22].

При контроле электромагнитными методами ферромагнитных материалов задача состоит в том, чтобы на основе анализа электрических и магнитных характеристик проверяемого изделия определить химический состав, прочность, твердость металла, глубину цементированного и азотированного слоев, количества углерода в слое, степень наклепа, остаточные или действующие напряжения, содержание ферритной фазы (а-фазы) в сварных швах сталей аустенитного и ферритно-аустенитного классов, сортировать стали по маркам и осуществлять контроль качества термической и химико-термической обработки и т. д. Наиболее структурно-чувствительными магнитными параметрами металлов являются коэрцитивная сила, остаточная индукция и магнитная проницаемость [22J.

Таким образом, согласно [385] температурные изменения доменной структуры практически не зависят от структурного состояния образца (наноструктурного или крупнокристаллического) и происходят одинаковым образом при тех же температурах. Это говорит о том, что изменения доменной структуры, по-видимому, в основном контролируются такими важными магнитными параметрами, как постоянная магнитокристаллической анизотропии и обменная энергия, а также геометрическими параметрами образца. Микроструктура материала, ее дисперсность, высокая плотность дефектов определяют только локализацию и подвижность стенок доменов.

Гармоники э.д.с. накладного датчика, связанные однозначно с магнитными параметрами петли гистерезиса ферромагнетика, находятся из формул (11), (28'), (28"). Таким образом, поставленная задача полностью решена.

Таким образом, в работе изложен нелинейный расчет гармонических составляющих э.д.с накладного датчика. Показано, что гармоники э.д.с. связаны с магнитными параметрами контролируемого ферромагнитного материала — коэрцитивной силой, остаточной и максимальной магнитными индукциями, а характер их изменения зависит от соотношения неоднородных постоянного подмагничивающего и переменного магнитных полей, воздействующих на преобразователь. По выведенным формулам можно рассчитать любую гармонику в зависимости от указанных выше параметров. В частности, дан расчет второй гармоники э.д.с. датчика при контроле изделий из стали 45Х после закалки и отпуска.

Особенностью выведенных формул (в линейном приближении расчета) является то, что члены в них, содержащие координаты точки наблюдения, являются сомножителями по отношению к другому члену с магнитными параметрами системы образец — дефект, геометрическими размерами и глубиной залегания дефекта. Максимальные значения нормальной и тангенциальной составляющей поля внутреннего дефекта изменяются строго обратно пропорционально квадрату расстояния от центра дефекта до точки наблюдения (вне ферромагнетика).

Известно [5, 13], что состояние современной теории магнетизма не позволяет всегда теоретически предсказать количественную связь между магнитными параметрами и структурным состоянием материала. Поэтому в случае решения вопроса о возможности контроля качества термической обработки каждой конкретной марки стали необходимо тщательное изучение изменения магнитных свойств в зависимости от факторов, влияющих на свойства данного материала.

Изменение коэрцитивной силы и термоэдс при деформации. Согласно закону магнитострикции Акулова, должна существовать связь между плотностью дефектов решетки и магнитными параметрами, в частности коэрцитивной силой. Для никеля доменные стенки характеризуются близкодействующими полями, поэтому изменение коэрцитивной силы будет определяться линейной плотностью дислокаций

Изложен нелинейный расчет гармонических составляющих э.д.с. накладного преобразователя. Показано, что гармоники э.д.с. связаны с магнитными параметрами контролируемого ферромагнитного материала — коэрцитивной силой, остаточной и максимальной магнитными индукциями, а характер их изменения зависит от соотношения неоднородных постоянного подмагничивающего и переменного магнитных полей. Дан расчет второй гармоники э.д.с. преобразователя при контроле изделий из стали 45Х после закалки и отпуска.

Для неразрушающего контроля качества ферромагнитных изделий и в измерительной технике часто возникает необходимость применения наряду с переменным полем заданной частоты двух переменных магнитных полей различной частоты. Новые результаты получаются, если учитывать нелинейность кривой пере-магничивания материала, т. е. аттестовывать объект не по суммарному эффекту, а по высшим гармоническим составляющим. Так, в работе [1] даны теоретические основы статического метода контроля качества магнитных изделий по высшим гармоникам эдс измерительного преобразователя проходного типа. В рассмотренной задаче учитываются подмагничивание постоянным полем и статическая гистерезисная петля ферромагнетика, перемагничиваемого переменным магнитным полем синусоидальной формы. Установлены количественные закономерности связи гармоник эдс датчика с магнитными параметрами: коэрцитивной силой, остаточной и максимальной магнитной индукцией материала.

Современные радиоспектрометры ЯМР требуют высокооднородного магнитного поля большой напряженности. Источником таких полей обычно являются электромагниты. Однородность магнитного поля в зазоре электромагнита определяется многими факторами: геометрией магнитопровода, полюсных наконечников и катушек возбуждения (намагничивания), магнитными параметрами магнитопровода и полюсных наконечников, однородностью их структуры, температурой и т. д. Для получения высокого разрешения в радиоспектрометрах ЯМР электромагнит должен обеспечить в объеме образца однородность поля порядка 10~6—10~~5 [1].

Некоторые металлы (железо, кобальт, никель) отличаются специфическими магнитными свойствами, например способностью хорошо намагничиваться. Эти свойства называются ферромагнитными. Однако при нагреве ферромагнитные

Кобальтовые стали (содержащие наряду с хромом 5 или 15% Со) обладают наиболее высокими магнитными свойствами (Нс от 100 до 170 Э и Вг от 8000 до 85 Гс) по сравнению с другими сталями.

Из изложенного следует, что лишь сплавы ЭЗ и Э4 являются феррит-ными. Магнитные характеристики у них получаются выше, но они более хрупки. Сплавы группы ЭЗ и Э4 называются трансформаторным железом, а Э1 и Э2 — динамной сгалыо. В соответствии с этим трансформаторное железо (основное применение — сердечники трансформаторов), обладающее более высокими магнитными свойствами, имеет более низкие механические свойства, чем динамная сталь (главное применение — детали динамомашин).

Некоторые высоколегированные стали выделены в особые группы, их обозначают буквами, которые ставятся впереди: Ж — хромистые нержавеющие стали; Я — хромоникелевые нержавеющие стали; Е — электротехнические стали с особыми магнитными свойствами; Р — быстрорежущие стали; Ш — шарикоподшипниковые стали и т. д. Например, стали Ж1, Я1, Е12, Р18 и ШХ15.

Специальные магнитные сплавы — малоуглеродистые сплавы Fe—Ni—А1 с добавками Си (или Си и Со) — обладают весьма высокими магнитными свойствами, что позволяет изготовлять из них магниты большой мощности (рис. 15.14). Магнитные свойства этих сплавов усиливаются при старении после закалки. Магнитные сплавы весьма тверды, хрупки и не поддаются обработке резанием. Магниты из этих сплавов изготовляют литьем или спеканием из порошка.

Подобно асинхронному двигателю ротор радиального подшипника образован кольцевым пакетом листового железа с высокими магнитными свойствами. Надежность обеспечивается резервированием обмоток и электронных схем. Число полюсов от 8 до 32 (с резервными).

Магнитоупругий метод определения остаточных напряжений основан на зависимости магнитной проницаемости объема металла от значения действующего в данном объеме остаточного напряжения. Этот метод можно использовать лишь для металлов, обладающих магнитными свойствами. Достоверные результаты получают при измерении остаточных одноосных напряжений в основном металле сварного соединения. Применение этого метода для определения остаточных напряжений в шве и околошовной зоне может приводить к заметным погрешностям. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость в шве и околошовной зоне после сварки изменяется по сравнению с ее значением до сварки не только под действием возникших остаточных напряжений, но и вследствие изменения химического состава шва, роста зерна, изменения структуры околошовной зоны и других явлений.

Сплавы Fe - Ni - А1, содержащие 22 - 24% Ni и 11 - 14% Al, обладают высокими магнитными свойствами. В таких сплавах можно получить коэрцитивную силу 400 - 500 А/м при остаточной индукции 6000 - 7000 Гс. Из этих сплавов изготовляют мощные магниты для авиационных приборов и для кодовых замков (патент РФ № 2090724, авторы В.М. Паращенко, В.А. Новожилов, М.М. Рахманкулов).

Алюминий вводят также (до 5-6%) в жаростойкие сплавы, применяющиеся в качестве нагревательных элементов. Сплавы, применяемые для изготовления постоянных магнитов и обладающие высокими магнитными свойствами, содержат 12 - 15% А1.

-с особыми магнитными свойствами

материалов, отличающихся высокими магнитными свойствами в определенных направлениях. Анизотропия магнитострикции железа оценивается относительным изменением размеров образца при намагничивании