2121403360

24

Przedstawiona zależność umożliwiła stworzenie magnetycznej krzywej zmęczenia materiału. ułatwiającej badanie aktualnego stanu elementu i przewidywania jego trwałości.

Współczynnik D_M opisuje proces zmęczenia z większą rozdzielczością aniżeli parametr przenikalności magnetycznej p, ma jednak głównie zastosowanie laboratoryjne. Obróbka plastyczna (walcowanie), a także i odkształcenia plastyczne wpływają zasadniczo na oba wymienione parametry magnetyczne. Na rysunku 2.3 przedstawiono wpływ odkształcenia plastycznego w słabych polach magnetycznych na H_c i //, w żelazie elektrolitycznym [112, 115).

Rys. 2.3. H_c i p, w funkcji odkształcenia plastycznego Fig. 2.3. H_c i as funclion of plastic deformation

Podobna zależność występuje wraz z rozwojem procesu zmęczenia materiału od obciążeń cyklicznie zmiennych [38, 184, 186). Umożliwia opis procesu zmęczenia materiału poprzez kontrolę zmian parametrów przenikalności magnetycznej i natężenia kocrcji. W miarę rozwoju procesu zmęczenia natężenie kocrcji wzrasta, a przenikalność materiału maleje. Dla każdego gatunku stali procesy te przebiegają odmiennie. Związki te są potwierdzeniem słuszności zaprezentowanej w pracy metody jako jednej z możliwych do zastosowań przemysłowych badań magnetycznych. Nic wykluczają znaczenia i użyteczności metod wiroprądowych czy emisji magnetyczno-akustyczncj, jeżeli powiązane zostaną ze zmianami parametrów magnetycznych i mechanicznych materiału.

2.2. Efekty magnetyczne Jnule'a i Yillariego stanów sprężystych materiału

Fcrromagnetyk lub ferrimagnetyk poddane działaniu pola magnetycznego podlegają zmianom długości A//? ■ ż, a w zakresie magnetyzacji nasycenia o ż,. Dla magnetyków miękkich magnetycznie zmiany te wałiają się w granicach od 35 pm/m do 100 pm/m. Dla dużych natężeń pól magnetycznych lub nowych materiałów [46) współczynnik ten dochodzi do 2000 pm/m. Efekt ten został odkryły przez Jou!e’a w 1842 roku i znany jest pod nazwą magnctostrykcja (13). Oprócz zmian długości w fcrromagnctykach występują równolegle zmiany objętości AK/K Magnetostrykcja związana jest także z efektem zmiany modułu sprężystości AE. W zakresie odkształceń sprężystych naprężenia w metalach magnetycznych są ściśle powiązane z magnetostrykcją. Zależność ta zanika lub ulega znacznemu ograniczeniu w wyniku naprężeń wywołanych odkształceniami plastycznymi takimi jak: tłoczenie, cięcie, prostowanie i gięcie.

Efekt magnctostrykcji osiąga swą maksymalną wartość [13, 87) przed nasyceniem namagnesowania. W zależności od matenału występuje on w granicach 70 80 % nasycenia.

W materiałach z dodatnim współczynnikiem magnetostrykcji magnetyzacja zwiększa się przy rozciąganiu, a zmniejsza przy ściskaniu. W materiałach z ujemną magnctostrykcją zjawisko następuje odwrotnie. Typowym przykładem materiału o dodatnim współczynniku magnetostrykcji jest żelazo, a z ujemnym współczynnikiem X - nikiel [13, 31, 87], Zjawisko magnetostrykcji uzależnione jest od składu chemicznego i budowy materiału. Efektywny współczynnik magnetostrykcji można opisać w następującej postaci [115]:

JLj-a-ę+O-aMJr +ka)+a'Ą £    (2.16)

gdzie: a - ułamek objętościowy fazy krystalicznej,

S/V - powierzchnia właściwa fazy krystalicznej,

Ą - współczynnik magnetostrykcji fazy krystalicznej.

^ - współczynnik magnetostrykcji fazy amorficznej, k - parametr zmian fazy amorficznej podczas krystalizacji,

- współczynnik magnetostrykcji oddziaływania powierzchniowego.

Energia magnetycznego oddziaływania atomów zależy od kierunków osi krystalograficznych kryształów. Rozmieszczenie magnetycznych momentów, obszaru namagnesowania samorzutnego w krysztale jest różne w poszczególnych materiałach. Dla żelaza kierunek ten jest zgodny z osią <000>, dla niklu <111>. Magnet ostry keja kryształów o strukturze regularnej rozróżnia współczynniki magnetostrykcji liniowej dla kierunków określonych osiami krystalograficznymi. Dla kierunków krystalograficznych <100> i <111> współczynniki magnetostrykcji w materiałach izotropowych wynoszą odpowiednio [13. 31]:

^k<ieo>

^<ii i»

(2.17)

(2.18) gdzie: G - moduł sprężystości dla ścinania,

A - stała zależna od struktury kryształu (A ■ 0,4 dla sieci przestrzennie centrowanej).

J_t- magnetyzacja nasycenia,

X-.ioo>.>xiii> oznaczają maksymalne wartości magnetostrykcji określone dla kierunków krystalograficznych <100> i <111>.

W uproszczeniach prowadzących do opisu materiału izotropowego, w którym A<ioo>= /km>⁼ i*, jak (pcrmaloj o zawartości 60% Ni) współczynnik magnetostrykcji podany jest wzorem (2.19).

'<l©0>

cos

(2.19)

gdzie: cosęj ■    - wartość cosinusa dla kąta pomiędzy wektorem magnetyzacji,

a kierunkiem pomiaru magnetostrykcji, a, i Pi cosinusy kierunkowe w stosunku do osi układu współrzędnych.

Energia magnetosprężysta opisana jest wzorem:

(2.20)

gdzie: K~ współczynnik magnetostrykcji nasycenia,

<r- naprężenie,

<p- kąt między wektorem magnetyzacji nasycenia 7,a osią kierunku naprężeń a.