Модель магнитного гистерезиса и её применение в магнитной структуроскопии конструкционных сталей

• Автор: Ничипурук, Александр Петрович
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 262 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обратимые процессы намагничивания конструкционных сталей и их структурная чувствительность
1.1. Структура, магнитные и магнитоупругие свойства закаленных и отпущенных при разных температурах конструкционных сталей
1.2. Структура, магнитные и магнитоупругие свойства низкоуглеродистой стали, подвергнутой пластической деформации
1.3. Влияние деформации ползучести при длительной эксплуатации паропроводной стали на ее магнитные и магнитоупругие свойства
2. Раздельный анализ смещения 90- и 180-градусных доменных границ. Модель магнитного гистерезиса
2.1. Особенности полевых зависимостей дифференциальной магнитной проницаемости ферромагнитных сталей
2.2 Разделение вкладов 90 и 180° доменных границ в кривую намагничивания поликристаллического ферромагнетика. Обоснование модели

2.2.1 Модель

2.2.2 Доменная структура
2.2.3 Взаимодействие между доменами. Моделирующий ансамбль
2.2.4 Спектр энергии моделирующих областей
2.2.5 Вычисление намагниченности и магнитострикции
2.2.6 Упрощенный вариант модели
2.2.7 Кривая намагничивания
2.2.8 Дифференциальная восприимчивость
2.2.9 Магнитострикция
2.3 Расчет полевых зависимостей восприимчивости и намагниченности на
кривой намагничивания и предельной петле гистерезиса для ферромагнетиков с кубической симметрией
2.3.1 Вклады переходов различных типов в изменение намагниченности ансамбля

2.3.2 Двойные 90°-ные переходы
2.3.3 Кривая намагничивания и предельная петля гистерезиса
2.3.4 Восприимчивость и намагниченность
2.3.5 Определение функции F](ö, х, s)
2.3.6 Определение функции F2(a,x)
2.3.7. Определение функций А, I, J
3. Экспериментальная апробация модели. Анализ структурных изменений, происходящих в сталях при пластической деформации й термической обработке
3.1 Пластическая деформация растяжением
3.2 Пластическая деформация гидроэкструзией
3.3 Термическая обработка низколегированных и мартенситно-стареющих сталей
3.4 Циклическое деформирование растяжением
3.5 Сравнительный анализ корреляционных связей структуры и механических свойств с параметрами петли гистерезиса и критическими полями рассчитанными в рамках модели для рельсовой стали М74
3.5.1 Эксперимент и обсуждение его результатов
3.5.2. Уравнения связи прочностных и пластических свойств с показаниями магнитного структуроскопа МС-2 ИФМ
3.5.3. Анализ критических полей перемагничивания
4. Разработка аппаратуры и описание ее функциональных возможностей
4.1. Магнитный структуроскоп СМ
4.2. Возможности магнитного структуроскопа СМ-401 при неразрушающем контроле качества изделий
4.3. Использование магнитного структуроскопа в режиме записи и анализа петель магнитного гистерезиса
Основные результаты диссертации
Литература
Приложения

Введение
Магнитный структурный анализ как наука о неразрушающем контроле структуры, фазового состава и механических свойств ферромагнитных конструкционных материалов начал активно развиваться в первой половине 20 века и особенно заметно в 50-60-е годы, когда были заложены основы практически всей существующей на сегодняшний день приборной и методической базы Основополагающими можно считать работы М.Н. Михеева и его школы (В М. Морозова, И.А. Кузнецов и др.) [1-9], труды Ф. Ферстера [10-12] и других [13-18].
Развитие данной области знаний проходило по нескольким направлениям. Во-первых, вместе с развитием науки о магнитных явлениях накапливались экспериментальный материал и его теоретическое обоснование по исследованию взаимосвязи структурного состояния ферромагнетиков с их магнитными свойствами. Учитывая, что в те годы значительную роль в качестве ферромагнитных материалов играли железо-уихеродистые сплавы, большая часть этих исследований впоследствии была применена в магнитном структурном анализе для контроля стальных и чугунных изделий [19-35]. Во-вторых, стали появляться все более совершенные первичные преобразователи магнитного поля [36-41]. Первоначально используемые для измерения магнитных полей, например, в навигации, геофизике они быстро нашли свое применение в прибор* ж для магнитной структуроскопии. Наконец, в-третьих, развивалось само приборостроение как прикладная часть данной науки.
Трудами таких ученых как Керстен, Кондорский, Неель и др. была создана теория коэрцитивной силы [42-56], в том числе для поликристаллических ферромагнетиков [57-62].
Суть теоретического расчёта коэрцитивной силы состоит в том, что полная энергия ферромагнитного образца, имеющего размеры, превосходящие размер однодоменного состояния данного материала [63], должна зависеть от положения доменных границ внутри этого образца, которое, в свою очсре/ ь,

электроискровым способом, механически, а затем электролитически утоняли. Таким образом приготовили тонкие фольги, на которых методом просвечивающей электронной микроскопии исследовали дислокационную структуру и методом «секущей» [221] определяли плотность дислокаций. На образцах измеряли коэрцитивную силу Нс, начальную магнитную проницаемость ци, динамическую магнитоупругую индукцию ДВ [222], а также зависимость этих параметров от величины упругих растягивающих напряжений, накладываемых на образцы в размагниченном состоянии. Намагничивающее поле в соленоиде при измерении Нс составляло 1,2 кА/см. Условия измерения динамической магнитоупругой индукции были следующие: поле поляризации Н0 - 0,16 А/см, динамическое нагружение производили по синусоидальному закону с частотой /= 30 Гц и амплитудой ат = 2,94 Мпа. При выбранных значениях #0 и <7т необратимый прирост намагниченности при воздействии динамического нагружения не превышал 10 %, а при использованной частоте влияние вихревых токов пренебрежимо мало. По сравнению с материалом изложенным в предыдущем параграфе, был сделан некоторый шаг вперед. Из индукции ДВ рассчитывали дифференциальную эффективную проницаемость которая характеризует (в данном случае фактически обратимые) смещения 90° доменных границ.
Расчет проводили в соответствии с [223, 224] в рамках представлений об эффективном поле
= ЗМа ° 2 М5
где М$ - намагниченность насыщения, Ях - магнитострикция насыщения, Дет -в нашем случае 2<гт. Для соотношения площадей доменных границ типа А и С (Д и/ соответственно) использовано выражение [224]
/+-/- = 2-- , (1.14)