Физческие свойства металла. Физические свойства. Ч1-Воронин СВ. Воронин Сергей Васильевич, Юшин Валентин Дмитриевич, Бунова Галина Захаровна Рецензенты канд тех наук, доц. Л. В. Журавель, канд тех наук, доц. В. Ю. Ненашев Воронин, св. Физические свойства металлов конспект
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
4. 6. Методы измерения магнитных свойств В настоящее время разработано большое количество аппаратуры и методов, позволяющих исследовать магнитные свойства ферро-, пара- и диамагнитных веществ в различных внешних условиях (постоянных и переменных полях различной частоты, при определенной температуре) с различной степенью точности для образцов разной формы и габаритов. В данном пособии рассмотрено два метода один относится к слабомагнитным, второй – к ферромагнитным материалам. 4. 6. 1. Измерение пара- и диамагнитной восприимчивостей Магнитная восприимчивость слабомагнитных веществ определяется по силе, с которой испытуемый образец втягивается (парамагнетик) или выталкивается (диамагнетик) из неоднородного магнитного поля. Такое поле создается в межполюсном зазоре электромагнита со скошенными, как 41 показано на рис. 4.7, полюсами. В направлении х такого поля существует градиент напряженности Н, величину которого можно рассчитать, зная размеры симметричных сердечников 2, силу тока (по амперметру, регулируемую реостатом 7, и число витков на них. Силу, действующую на образец, находят по выражению dx VHdH F , где V – объем образца. Рис. 4.7. Схема установки для определения диа- и парамагнитных, свойств веществ 1 - источник питания электромагнита весов 2 - опора электромагнита 3 – испытуемый образец 4 - скошенные наконечники постоянного электромагнита 5 - переменное сопротивление вцепи постоянного электромагнита 6 - сердечник электромагнита весов 7 - переменное сопротивление вцепи электромагнита весов Образец 1, находящийся в межполюсном зазоре электромагнита 2, подвешен к правой чаше аналитических весов, опора 3 которых закреплена неподвижно. К другой чаше подвешен ферромагнитный сердечник 4. Он находится внутри индукционной катушки, входящей в цепь источника питания 5 с миллиамперметром и изменяемым сопротивлением 6. Регулируя силу тока в индукционной катушке, изменяют вес сердечника 4 в зависимости оттого, с какой силой втягивается или выталкивается образец 1 из неоднородного поля, и добиваются равновесия чаш. Силу F находят по изменению веса ферромагнитного сердечника, а по ней величину χ. При исследовании влияния температуры на магнитные свойства слабомагнитных веществ в зазор между сердечниками 2 помешают 42 нагревательное устройство, детали которого должны быть изготовлены также из слабомагнитных материалов во избежание воздействия искажающих помех на результаты измерения. Изложенный метод используют для исследования фазовых и аллотропических превращений, температурной зависимости магнитной восприимчивости и влияния на нее наклепа и плавления. На рис. 4.8 в координатах (t; 1/χ) показано изменение парамагнитной восприимчивости железа. Как видно из него, при температурах 910 и С парамагнитная восприимчивость резко меняется, что является следствием аллотропических превращений α→γ и γ→δ. Железо в модификации имеет структуру аустенита следовательно более низкую восприимчивость, чем α и δ- модификации. Участки зависимости 1/χ = f(t) этих модификаций лежат на одной прямой, что свидетельствует об их физической идентичности, т.к. они имеют объемноцентрированную кубическую решетку (ОЦК). Рис. 4.8. График изменения парамагнитной восприимчивости железа Пластическая деформация способствует уменьшению диамагнетизма. Так, при высоких степенях пластической деформации диамагнитная медь превращается в парамагнетик. После отжига медь вновь обретает диамагнитные свойства. 4.6.2. Баллистический метод измерения магнитных свойств Баллистическим методом (ГОСТ 12119-86) осуществляется стандартный контроль магнитных свойств ферромагнитных материалов в постоянном магнитном поле, в частности, многих марок электротехнической стали легированной кремнием) и высокопроницаемых магнитно-мягких сплавов на основе системы Fe-Ni (пермаллоев, ГОСТ 10160-82). Метод основан на явлении электромагнитной индукции и заключается в следующем. На кольцевом образце испытуемого материала рис. 4.9 имеются две обмотки первичная 7, расположенная по всей длине окружности, и 43 вторичная 2, находящаяся на части ее длины. Первичная обмотка подключена к источнику постоянного тока, вторичная - к баллистическому зеркальному гальванометру (БГ). Такой гальванометр обладает большим моментом инерции или большим периодом колебаний (10÷20 с. Рис. 4.9. Схема установки для определения ферромагнитных свойств веществ Электродвижущая сила в обмотке 2 возникает лишь в том случае, когда в первичной цепи сила тока J не будет оставаться постоянной - она должна либо возрастать, либо убывать. Электродвижущая сила и сопутствующий ей ток J во вторичной цепи изменяются в течение некоторого времени η, пока в первичной обмотке не установится постоянное значение силы тока. Следовательно, гальванометр измеряет не силу J, а количество электричества Q, прошедшее через него за время η. Имеем Для решения интеграла нужно знать зависимость J = f(η.). Чтобы этого избежать, подвижная система гальванометра изготовлена таким образом, что ее отклонение от нулевого положения пропорционально, Q = Б, 44 где α – измеряемые по углу отклонения светового пятна на линейке показания гальванометра Б – коэффициент пропорциональности, численно равный количеству электричества в кулонах, прошедшему через гальванометр и вызвавшему единичное отклонение (α = 1) подвижной системы. Величина Б называется баллистической постоянной. Величина индукции B пропорциональная, в свою очередь, количеству электричества, рассчитывается по выражению Б, где r – сопротивление во вторичной обмотке n 2 - число витков во вторичной обмотке S - площадь поперечного сечения кольцевого образца. Напряженность магнитного поля определяется по формуле l J n H 1 , где n 1 – число витков в первичной, намагничивающей обмотке l – длина средней окружности образца. Для измерения величины J в первичную цепь нужно ввести амперметр с переменным сопротивлением для регулирования тока. Основное достоинство баллистического метода состоит в получении полей низкой напряженности, что необходимо для снятия кривой намагничивания и петли гистерезиса магнито-мягких материалов, у которых индукция насыщения соответствует низким значениям Н. Помимо основной кривой намагничивания и петли гистерезиса баллистический метод позволяет также определить величины B s , B r , H c , μ 0 и По результатам измерений указанных магнитных свойств можно не только контролировать качество изделий из ферромагнетиков, получаемых после ряда операций уже разработанной технологии, но и исследовать фазовые и структурные превращения, воздействие пластической деформации и других видов обработки на магнитные свойства ферромагнитых материалов. Результаты измерений баллистическим методом позволяют наряду со сказанным совершенствовать режимы известных технологических процессов и разрабатывать новые приемы и способы получения материалов с требуемыми физическими свойствами. |