Направления намагничивания

С повышением температуры SD эффект титановых сплавов, как и других металлов, снижается. Природа SD эффекта различна у разных металлов. Для титановых сплавов приобретает большое значение кристаллографический фактор, а именно более легкое двойникование при растяжении, чем при сжатии. При ориентации направления нагружения параллельно оси с кристаллической решетки при растяжении образуются двойники -{1012} , а при сжатии —{1122}. Образование последних двойников требует более высоких напряжений, чем двойников {юТ2}. В связи с этим величина SD эффекта в титановых сплавах зависит от степени текстурированности полуфабриката и ориентации нагрузки по отношению к текстуре. Таким образом, у текстурованных высокопрочных а- и (а + 0) -титановых сплавов сопротивление деформированию при сжатии и модуль нормальней упругости могут быть заметно выше, чем при растяжении.

Свойства изотропного материала, исследуемые при одноосном нагружении, по определению не зависят от ориентации оси нагружения. Практически некоторая зависимость механических свойств от направления нагружения все же наблюдается из-за ориентационных эффектов, возникающих, например, при пластической обработке металлов (прокате, волочении и т. д.). У волокнистых композиционных материалов, вследствие присущей им на макроскопическом уровне анизотропии, наблюдается существенная разница в свойствах при различных ориентациях оси нагружения 6 по отношению к направлению армирования L. При одноосном нагружении под углом 0° << 0 <; 90° в главных осях симметрии материала LT возникает двухосное напряженное состояние в сочетании со сдвигом: таким образом, напряженное состояние в этих осях может создаваться одноосным нагружением под углом к осям анизотропии (этот метод испытаний описан в разделах II.Б и III.А). Однако этот способ создания двухосного пагружепия имеет ограниченные возможности по двум причинам: 1) нормальные напряжения имеют всегда один и тот же знак, т. е. оба являются либо растягивающими либо сжимающими; 2) всегда действуют сопутствующие сдвиговые напряжения. Другими словами, отношения OT/OL и GLT/OL нельзя изменять независимо (OL, OT— нормальные напряжения вдоль и поперек волокон; OLT — сдвиговые напряжения в плоскости LT).

Рис. 7. Зависимости упругих констант однонаправленного эпоксидного боропластика от направления нагружения (диаметр волокон 0,1 мм, объемное содержание волокон я» 0,60) [58]

Рис. 8. Зависимость прочности однонаправленного эпоксидного боропла" стика от направления нагружения (диаметр волокон 0,1 мм, объемное со" держание волокон 0,60) [58]

малыше напряжения, поэтому разрушение происходит чаще путем отрыва, -чем путем проскальзывания из-за сдвига. Максимум нормальных напряжений отвечает условию 6=0°, где 0 — угол^ отсчитываемый при обходе волокна от направления нагружения. В области значений 6 от 70 до 90° нормальные напряжения становятся сжимающими, так что здесь отрыв наблюдаться не должен.

Ряс. 1. Зависимость прочности композита от направления нагружения.

Рис. 2. Зависимость прочности композита от направления нагружения для различных значений сдвиговой прочности т.

Рис. 13. Влияние направления нагружения на прочность при растяжения композита Mb (сплав)-—24% W [3]. а — абсолютное значение прочности при внеосном растяжении; б — прочность при внеосном

Рис. 16. Влияние предварительного отжига при 1477 К. на прочность композита Nb (сплав)—24% W при 1477 К и различных углах ориентации проволоки относительно направления нагружения [11]. • поперечная прочность (90°); О сдвиговая прочность (45°).

Рис. 2. Отдельный слой (на рисунке отмечены направления нагружения).

') При обозначении схем армирования углы отсчитываются от направления нагружения. Запись [Ос/±9°]„ означает, что рассматриваемый композит нагружается в направлении армирования слоев, обозначенных 0°. Подробное описание правил обозначения схем армирования слоистых композитов можно найти в книге: «Композиционные материалы», т. 3, Применение композиционных материалов в технике, «Машиностроение», М., 1978. — Прим. перев.

Силы обменного взаимодействия препятствуют антипараллельному расположению магнитных моментов, поэтому между доменами появляется сравнительно узкая область, в которой вектор намагниченности постепенно меняет свое направление на противоположное. Эта область называется стенкой (рисунок 1.3.9). Образование стенки толщиной 8 между намагниченными в противоположные стороны соседними областями требует затраты определенной энергии против сил обменного взаимодействия. В переходном слое магнитные моменты атомов распложены не вдоль направления легчайшего намагничивания и с этим также связана затрата энергии, которая называется энергией магнитной анизотропии. Такая энергия характеризуется константой магнитной анизотропии К, которая пропорциональна разности между площадями, ограниченными кривыми легкого и трудного намагничивания. Кроме перечисленных видов энергий, в кристалле существует еще один вид энергии, связанный с магнитострикцией. Явление магнитострикции заключается в том, что при намагничивании ферромагнетик изменяет свои размеры вдоль направления намагничивания (удлиняется при положительной и укорачивается при отрицательной магнитострикции). Так как основные и замыкающие области намагничены во взаимно перпендикулярных направлениях, они стремятся удлиниться (укоротиться) также во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристалле будет затрачиваться работа против упругих сил.

структуру. В пределах домена или области спонтанного намагничивания (объем доменов колеблется в пределах 10"1—10~6 см3) спины электронов ориентированы параллельно. В ферромагнитном материале в соседних доменах векторы намагниченности антипараллельны, а в некоторых случаях направлены под углом 90°. Домены не могут непосредственно граничить друг с другом, поскольку обменная энергия соседних спинов (непараллельных между собой) велика. Однако домены разделены граничным слоем (стенкой Блоха), в которой направления магнитных спинов, постепенно меняя угол, переходят в антипараллельные или находятся под углом 90°. Толщина стенки зависит от природы материала. Например, у железа толщина стенки равна 5-10~6>см. Таким образом, преимущественно ориентированные домены увеличиваются за счет других при перемещении стенки и общим результатом такой перестройки является ориентированное увеличение размеров кристалла в направлении магнитного поля, при этом образец становится магнитным. Изменение направления намагничивания при переходе через стенку Блоха показано на рис. 41, а схематиче-

Силы обменного взаимодействия препятствуют антипараллельному расположению магнитных моментов, поэтому между доменами появляется сравнительно узкая область, в которой вектор намагниченности постепенно меняет свое направление на противоположное. Эта область называется стенкой (рисунок 1.3.9). Образование стенки толщиной 8 между намагниченными в противоположные стороны соседними областями требует затраты определенной энергии против сил обменного взаимодействия. В переходном слое магнитные моменты атомов распложены не вдоль направления легчайшего намагничивания и с этим также связана затрата энергии, которая называется энергией магнитной анизотропии. Такая энергия характеризуется константой магнитной анизотропии К, которая пропорциональна разности между площадями, ограниченными кривыми легкого и трудного намагничивания. Кроме перечисленных видов энергий, в кристалле существует еще один вид энергии, связанный с магнитострикцией. Явление магнитострикции заключается в том, что при намагничивании ферромагнетик изменяет свои размеры вдоль направления намагничивания (удлиняется при положительной и укорачивается при отрицательной магнитострикции). Так как основные и замыкающие области намагничены во взаимно перпендикулярных направлениях, они стремятся удлиниться (укоротиться) также во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристалле будет затрачиваться работа против упругих сил.

четкое отложение порошка в виде плавно изогнутых линий (рис. 17). Поры и другие точечные дефекты выявляются в виде коротких полосок порошка, направление которых перпендикулярно направлению намагничивания. При изменении направления намагничивания соответственно меняется и направление валика порошка над порой.

Рис. 90. Влияние направления намагничивания на выявление дефекта:

Известно, что значительного улучшения свойств магнитов из сплавов системы Fe—Ni—Al—Со можно добиться за счет создания в отливках кристаллической текстуры так, чтобы направления 100 отдельных кристаллов, являющиеся направлениями легкого намагничивания, располагались вдоль оси намагничивания слитка [IV. 13]. Однако структура слитка после литья представляет собой конгломерат кристаллов различной величины, из которых только незначительная часть расположена благоприятно относительно направления намагничивания. Таким образом, для получения направленной структуры необходимы специальные технологические приемы.

Для надежного выявления дефект должен пересекать линии магнитной индукции поля. Исходя из этого, для обнаружения различно ориентированных дефектов применяют разные направления намагничивания. На рис. 1.2, а изделие (стержень) помещают между двух полюсов магнита (полюсное намагничивание), что да-

Характерную форму имеют валики магнитного порошка, осевшие над флокенами. Обычно это четкие и резкие короткие черточки, иногда искривленные, расположенные группами (реже одиночные). Заковы дают отложения порошка в виде плавно изогнутых линий. Поры и другие точечные дефекты выявляются в виде коротких полосок порошка, направление которых перпендикулярно к направлению намагничивания. При изменении направления намагничивания соответственно меняется направление валика порошка над порой.

На результат магнитно-порошкового метода контроля сварных швов в значительной мере влияет состояние контролируемой поверхности: чем грубее поверхность, тем хуже чувствительность (табл. 4.20). Чувствительность магнитно-порошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, рода приложенного тока (переменный или постоянный); формы, размера и глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхности, способа намагничивания.

Зависимость магнитной индукции от направления намагничивания (q> — угол направления намагничивания с направлением проката): / — при напряженности поля 1 а/см (В1)

Зависимость удельных потерь от направления намагничивания (ф — угол направления намагничивания с направлением проката): / — при магнитной индукции 10 кгс (Р10); 2 — при магнитной индукции 15 кгс (Р15)

Зависимость удельных давлений P=f(B) от направления намагничивания для стали марки Э3100 (0.5 мм)