Лекція № 5 Тема: “Магнітні методи контролю якості деталей машин.”

(6 г.)

1.Магнітні властивості металів і сплавів, основні поняття.

Магнітний контроль займає ведуче місце по використанню у виробничих умовах. Заснований на аналізі взаємодії магнітного поля з контрольованим об'єктом. Фізичні основи магнітного контролю полягають у використанні властивостей матеріалів, зокрема фактора, що розмагнічує, магнітного опору і переломлення магнітних силових ліній.

Основні параметри магнетизму:

- функції напруженості Н

- напруженість.

Якщо тіло помістити в магнітне поле напруженістю Н, то виникає явище магнітної поляризації.

1)Магнітний момент тіла

• +

• +

M = l  m, [A  м²]

- + m – магнітний заряд,

- + [Ампер  метр ]

l

2)Намагніченість: деV – обсяг.

3)Питомий магнітний заряд деS – площа поперечного переріза.

, тому що , [А/м]

Намагніченість відповідає питомому магнітному заряду. Магнітні властивості речовини обумовлені спіновими й орбітальними магнітними моментами електронів, а так само магнітними моментами атомних ядер (у сотні разів менше ніж спінові й орбітальні моменти). Основну роль у створенні магнітного моменту грає спіновий магнітний момент, причому атом у цілому має магнітний момент при наявності некомпенсованих спинів.

М_спик. = _У

Орбітальний момент

М_орб. = п  _У

де: п – головне квантове число; _У – магнетон чи Бора це мінімальний магнітний момент, що може мати електрон.

де: е, т – заряд і маса електрона.

Можливість появи некомпенсованих сплавів реалізується в перехідних і рідкоземельних елементах. При внесенні речовини в магнітне поле в атомі кожного з'являється результуючий магнітний момент М.

Намагніченість I пропорційна полю, що намагнічує, Н.

I = x H

де: х – магнітна сприйнятливість.

Інтенсивність намагнічування - безрозмірна величина.

У природі всі тіла можна розділити на 3 групи:

1)Діамагнетики

Ці тіла намагнічуються проти магнітного поля (зовнішнього) і зв'язано це з поворотом орбіталей в атомній будівлі речовин Ag, Cu, Zn і ін.

2)Парамагнетики .

До парамагнетиків відносяться рідкоземельні метали і феромагнетики при температурах вище температури Кюрі, тому що в них пропадає ефект магнітострикції, що є оборотним.

3)Феромагнетики » 0.

Сталі конструкційні, інструментальні звичайної якості і т.д.

Залежність намагніченості від напруженості

полючи для електромагнітних матеріалів

Основна крива намагнічування не має точного аналітичного виразу, звичайно вона визначається експериментально. Якщо розглянути криву намагнічування феромагнітних матеріалів (конструкційна сталь), то можна виділити кілька областей, що відрізняються природою процесів намагнічування на окремих ділянках кривої. На 1-м ділянці (область початкового намагнічування)

 = const

де  - магнітна проникність, як і магнітна сприйнятливість х характеризують процес інтенсивності намагнічування зразка

У =  Н   ступінь намагніченості , безрозмірна величина.

На другій ділянці (область Релея) зі збільшенням напруженості полючи магнітна проникність зростає лінійно, на 3-м (область найбільших проникностей)  = _max, на 4-м (область наближення до насичення) магнітна проникність убуває, на 5-м область парапроцеса) настає магнітне насичення I = const. Процес намагнічування є необоротним, тому, якщо після досягнення насичення (початок 5-ї ділянки) почати зниження поля що намагнічується, зміна намагніченості (індукції) буде відбувається по кривій, відмінної від основної кривої намагнічування. Намагніченість буде як би відставати при відповідних значеннях напруженості поля від значень I на кривій намагні-чування. Таке явище називається магнітним гистерезисом.

Br – залишкова індукція; Hc – коэрцитивная сила;

H_max – поле насичення; B_max - індукція насичення.

H_max -характеризується напруженістю магнітного поля на граничній петлі гістерезіса, при якій намагніченість дорівнює нулю.

При зниженні магнітного поля до 0 зразок залишається в більшому чи меншому ступені намагніченості в залежності від матеріалу. При намагні-чуванні феромагнетиком і реверсуванні поля крива зміни індукції утворить замкнуту петлю гістерезіса. Властивості феромагнетиків можна класифіку-вавти на:

1. первинні (структурно-нечутливі), це крапка Кюрі, I_s і ін.

2. вторинні (структурно-чутливі), це магнітна проникність , В₂ – залишкова індукція і Нс –коэрцитивная сила.

Кількісний фазовий аналіз можна провести на основі виміру намагні-ченості насичення.

де: I₁; I₂ - намагніченість фаз;

V₁, V₂, … - % обсягу фаз.

У лабораторних умовах здійснюються 2 типи вимірів:

1)абсолютний вимір магнітних властивостей сплавів для технічних цілей (Нс, Br);

2)відносні, чи виміри порівняльні, використовувані для виявлення фаз і фазових перетворень у сплавах.

Вимір магнітних властивостей вимагає одержання магнітних полів відповідної напруженості (однофазних чи відповідної конфігурації). У вимірювальних приладах використовуються котушки, що намагнічують, без заліза, або електромагнітні.

Котушки, що намагнічують без заліза зразка перемкнутої форми простіше всього намагнічуються в соленоїді.

Напруженість поля усередині соленоїда:

; [А/м]

де: N – число витків; i - струм [А]; l – довжина соленоїда, см.; d – середній діаметр, см.

l / d  10.

Для тороідальной котушки.

, [А/м]