3.3. Характеристика связей магнитных и физико-механических свойств ферромагнетиков

с физической точки зрения ферромагнетики обладают характерными механическими, магнитными и электрическими свойствами, которые описываются упругими константами, магнитной восприимчивостью, электропроводностью и могут быть измерены. С технической точки зрения интерес представляют такие параметры металлов, как твердость, пластичность, предел прочности, геометрические размеры. В магнитном контроле используются зависимости, существующие между отдельными физическими (магнитными) свойствами и техническими, например, приведенные в табл. 1. Эти связи возникают тогда, когда одни и те же физические и химические процессы образования структуры и фазового состава ферромагнитных сталей формируют также и их магнитные свойства, или в процессе эксплуатации изделий, когда их свойства деградируют. Закономерности данных связей не поддаются расчету, носят корреляционный характер и устанавливаются в основном экспериментально.

Таблица 1

Измеряемые физические и технические свойства ферромагнетиков

Измеряемая физическая величина	Hc, Br, Ms, 	Поле рассеяния	Петля гистерезиса	Шумы Баркгаузена
Контролируемые технические свойства	Твердость, предел прочности, структура	Дефекты, толщина	Твердость, предел прочности, состав сплавов	Внутренние напряжения

многочисленные исследования [4] указывают на следующие факторы, образующие связи магнитных и физико-механических свойств ферромагнитных материалов.

Химический состав ферромагнетиков. Сплавы ферромагнетиков друг с другом или с неферромагнитными материалами дают широкий спектр получаемых значений магнитных параметров. Например, присадки никеля до 30 % уменьшают намагниченность М, повышение его содержания от 30 % ведет к интенсивному росту М, а затем – к монотонному ее уменьшению до значения в чистом никеле. Небольшие колебания примесей углерода или легирующих элементов также приводят к резким изменениям магнитных свойств материалов. Например, при увеличении содержания углерода в стали на 15 % магнитная проницаемость_maxможет уменьшаться, коэрцитивная сила Н_сувеличиваться более чем в 10 раз, в то время как индукция насыщения В_sи остаточная В_rостаются практически неизменными. Такие изменения открывают широкие возможности для магнитного контроля химического состава ферромагнитных материалов. Исследования свидетельствуют о том, что оценку значений магнитных параметров одного вида стали нельзя распространять на другие близкие по физико-механическим свойствам стали, так как даже незначительные примеси могут сильно изменить магнитные свойства.

Механическая обработка.проявляется как влияющий фактор при целенаправленной обработке или как сопутствующее явление при реализации разнообразных технологических операций. Например, наклеп, сопровождающий штамповку или токарную обработку, приводит к увеличению коэрцитивной силы Н_си уменьшению магнитной проницаемости. Аналогичный эффект имеет место на поверхностях катания колес и рельсов в процессе эксплуатации подвижного состава железных дорог.

т

Рис. 15. Зависимость магнитных свойств стали от температуры

закалки

Рис. 16. Зависимость магнитных свойств стали от температуры

отпуска

а)

б)

в)

г)

а)

б)

в)

г)

ермическая обработка. Закалка и отпуск – основные виды термической обработки – сильно изменяют структуру и магнитные свойства стали [6]. характер изменения величин В_r,_max, Н_с, а также твердости по Роквэллу (HRC) легированной стали ШХ15 в зависимости от температуры закалки Т_заки отпуска Т_отппоказан на рис. 15, 16. Из этих зависимостей видно, что коэрцитивная сила Н_сизменяется немонотонно с изменением Т_зак, значит, изменение Н_сдля определения Т_закданной марки неэффективно. В то же время методы, основанные на измерении_max, здесь пригодны. Монотонная зависимость тех же характеристик от Т_отппозволяет применить для контроля низкотемпературного отпуска коэрцитиметрический метод.

Химико-термическая обработка. Различные ее виды, основанные на поверхностном насыщении стальных деталей углеродом (цементация), азотом (азотирование), бором (борирование) и другими элементами с целью повышения их поверхностной прочности, также приводят к значительным изменениям магнитных свойств ферромагнитных материалов.