Связь внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала с параметрами предельной петли магнитного гистерезиса: применение в магнитной структуроскопии.

Методами магнитной структуроскопии достоверно отслеживают изменения структурных параметров и физико-механических свойств ферромагнитного материала. При этом используют внутренний коэффициент размагничивания ферромагнитного материала, который обусловлен механическими напряжениями, неоднородностями структуры и анизотропией материала. Однако для нахождения данного коэффициента требуются цикл безгистерезисного намагничивания термически размагниченного материала, прецизионные измерения намагниченности и последующая статистическая обработка результатов измерений, поэтому предложено косвенное определение внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала по коэрцитивной силе, остаточной намагниченности и намагниченности технического насыщения с использованием ранее выведенных автором формул. Проанализирована связь этого коэффициента с параметрами предельной петли магнитного гистерезиса материала. Исследовано влияние режимов термической обработки, химического состава сталей и соотношения между их магнитными параметрами на структурную неоднородность анализируемых материалов. Приведён пример анализа функциональных зависимостей и диапазона возможного изменения внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала при изменениях магнитных параметров в практически важных диапазонах. Изучено влияние содержания углерода в углеродистых сталях на их внутренний коэффициент размагничивания. В качестве примера для широко применяемой в машиностроении при изготовлении поковок и крепежа жаропрочной среднеуглеродистой легированной стали марки 30ХМА установлен диапазон изменения температуры закалки, в котором структурная неоднородность закалённой стали максимальна. Показано, что во всём диапазоне изменения температуры отпуска стали марки 30ХМА после закалки зависимость внутреннего коэффициента размагничивания от этой температуры монотонна. Установлено, что косвенно определённый по предложенным формулам внутренний коэффициент размагничивания можно рекомендовать для неразрушающего контроля изменений структуры и режимов термической обработки среднеуглеродистых легированных сталей.

1. Jiles D. Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. Published by Chapman & Hall, London (1989).

2. Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. Наука, Москва (1993).

3. Клюев В. В., Мужицкий В. Ф., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Магнитные методы контроля. В кн. Неразрушающий контроль. Справочник. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 6. Кн. 1. Машиностроение, Москва (2006).

4. Чернышев Е. Т, Чечурина Е. Н., Чернышева Н. Г., Студенцов Н. В. Магнитные измерения. Издательство стандартов, Москва (1969).

5. Бида Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. УрО РАН, Екатеринбург (2005).

6. Клюев В. В., Сандомирский С. Г. Анализ и синтез структурочувствительных магнитных параметров сталей. Изд. дом «СПЕКТР», Москва (2017).

7. Петрова Г. Н. Внутренний размагничивающий фактор. Известия АН СССР. Серия географическая и геофизическая, ХIII(4), 363–368 (1949).

8. Поливанов К. М. Ферромагнетики. Основы теории практического применения. Госэнергоиздат, Москва, Ленинград (1957).

9. Горкунов Э. С., Захаров В. А., Чулкина А. А., Ульянов А. И. Внутренний коэффициент размагничивания пористых ферромагнетиков при перемагничивании. Дефектоскопия, (1), 3–11 (2004). https://www.elibrary.ru/paqznz

10. Янус Р. И. Намагничивания кривые. Физический энциклопедический словарь, 3, 354–355. Советская энциклопедия, Москва (1963).

11. Silveyra J. M., Conde Garrido J. M. On the anhysteretic magnetization of soft magnetic materials. AIP Advances, 12(3), 035019 (2022). https://doi.org/10.1063/9.0000328

12. Forrer R., Martak J. Le champ demagnetisant structural des ferromagnetiques et sa determination experimentale. Le Journal de physique et le radium. Serie VII, 2(6), 199–204 (1931). (In French)

13. Сандомирский С. Г. Оценка внутреннего коэффициента размагничивания чугунов по результатам измерения их остаточной намагниченности. Металлы, (3), 88–94 (2013).

14. Сандомирский С. Г. Изменение связи между магнитными параметрами чугуна по сравнению со сталью под влиянием внутреннего размагничивания. Литье и металлургия, (4(77)), 105–108 (2014). https://elibrary.ru/tnajad

15. Anhalta М., Weidenfeller B., Mattei J. L. Inner demagnetizing factor in polymer bonded soft magnetic composites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 320(20), e840–e844 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.04.061

16. Skomski R., Hadjipanayis G. C., Sellmyer D. J. Effective demagnetizing factors of complicated particle mixtures. IEEE Transactions on magnetics, 43(6), 2956–2958 (2007). https://digitalcommons.unl.edu/mrsecfacpubs/71

17. Takács J., Kovács G, Varga L. K. Internal demagnetizing factor in ferrous metals. Journal of Metallurgy, 752871 (2012). https://doi.org/10.1155/2012/752871

18. Varga L. K., Franco V., Kákay A., Kováčb J., Mazaleyrat F. The role of internal and external demagnetizing effects in nanocrystalline alloys. Transactions on Magnetics, 37(4), 2229–2231 (2001).

19. Varga L. K., Kováčb J., Novák L. Determination of external and internal demagnetizing factors for strip-like amorphous ribbon samples. Journal of Magnetism and Magnetic Material, 507, 166845 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166845

20. Onderko F., Bircáková Z., Kollár P., Füzer J. et al. Influence of ferrite and resin content on inner demagnetizing fields of Fe-based composite materials with ferrite-resin insulation. Acta Physica Polonica A, 137(5), 846–848 (2020). http://doi.org/10.12693/APhysPolA.137.846

21. Mccann Steven M., Leach J., Reddy Subrayal M., Mercer T. Methods of investigating the demagnetization factors within assemblies of superparamagnetic nanoparticles. AIP Advances, 12, 075212-1 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0095899

22. Бозорт Р. Ферромагнетизм. Иностранная литература, Москва (1956).

23. Сташков А. Н., Сомова В. М., Сажина Б. Ю. и др. Магнитный метод определения количества остаточного аустенита в мартенситно-стареющих сталях. Дефектоскопия, (12), 36–42 (2011). https://elibrary.ru/ooqqhr

24. Сташков А. Н., Сомова В. М., Сажина Е. Ю. и др. Магнитные свойства мартенситно-стареющей стали ВСН-2УШ, подвергнутой пластической деформации. Дефектоскопия, (12), 41–52 (2013). https://elibrary.ru/rvwexh

25. Сербин Е. Д., Костин В. Н. О возможности оценки магнитострикционных характеристик объемных ферромагнетиков по их магнитным свойствам. Дефектоскопия, (5), 31–36 (2019). https://doi.org/10.1134/S013030821905004X

26. Сандомирский С. Г. Способ построения безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала: пат. 24370 Республики Беларусь. Афiцыйны бюллетень, № 5 (2024).

27. Сандомирский С. Г. Определение безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала по параметрам предельной петли его магнитного гистерезиса. Электротехника, (10), 55–60 (2023). https://doi.org/10.53891/00135860_2023_10_55

28. Янус Р. И. Магнитная дефектоскопия. Гостехиздат, Москва, Ленинград (1946).

29. Сандомирский С. Г. Чувствительность остаточной намагниченности ферромагнитных изделий к магнитным характеристикам их материалов и геометрическим параметрам. Дефектоскопия, (12), 53–59 (1990).

30. Сандомирский С. Г. Способ определения внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала: пат. 24437 Респ. Беларусь. Афiцыйны бюллетень, № 6 (2024).

31. Сандомирский С. Г. Результат моделирования безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала и его использование для магнитного структурного анализа. Тезисы докладов XXXV Уральской конференции с международным участием «Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения)», 13–14 марта 2024, Екатеринбург, с. 54–55 (2024).

32. Сандомирский С. Г. Моделирование безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала и использование его результата для магнитного структурного анализа. Дефектоскопия, (6), 51–56 (2023). https://doi.org/10.31857/S0130308224060077

33. Сандомирский С. Г. Повышение структурной чувствительности остаточной намагниченности и коэрцитивной силы сталей. Дефектоскопия, (8), 62–64 (2023). https://doi.org/10.31857/S0130308223080079

34. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. Перевод с японского М. В. Быстрова под редакцией Г. А. Смоленского. Мир, Москва (1987).

35. Михеев М. Н., Морозова В. М. Магнитные и электрические свойства стали после различных видов термообработки. ОНТИ по приборостроению ЦНИИКА, Москва (1964).