11.2 Сущность магнитной обработки

Рис.11.1 Обработка импульсным магнитным полем.

При обработке магнитным полем заготовка 2 помещается внутрь соленоида 1, к которому подключается генератор импульсов. Напряженность магнитного поля, длительность импульсов и количество импульсов зависят от конкретной обрабатываемой детали:

• материал детали;

• конфигурация;

• габариты;

• термообработка.

Рис.11.2 Обработка постоянным магнитным полем.

При обработке постоянным магнитным полем соленоид 1 подключают к источнику постоянного тока, вследствие чего возникает магнитное поле с полюсами N и S. Заготовку размещают внутри соленоида или рядом с полюсом N. Обязательно размагничивание. Известно, что кристалл (зерно) размерами 10^-2- 10^-3см. состоит их субкристаллов (субзерен), средний размер которых 110^-3110^-4см. Субзерна состоят из блоков с размерами10^-410^-5см. Согласно теории магнетизма кристаллы разделяются на замкнутые области- домены, каждая из которых имеет определенный магнитный момент. В целом кристалл не намагничен, так как магнитные моменты доменов ориентированы в пространстве равновероятно. Средний размер доменов находится в пределах 10^-210^-7см.

Рассмотрим ход кривой намагничивания В=f(H) ферромагнетика, состоящего из совокупности отдельных кристаллов (рис.11.3). в прямоугольниках показаны направления намагничивания доменов при различных значениях намагничивающего поля. Исходное состояние соответствует размагниченному образцу (Н=0, В=0), т.е. равно вероятному расположению доменов, намагничивающих в легком направлении (по ребрам куба ферромагнетики с кубической кристаллической структурой).

Рис.11.3 Кривая намагничивания ферромагнетика.

Слабым полям соответствует участок обратимого смещения границ. На этом участке происходит увеличение объемов доменов, векторы намагниченности (магнитных моментов) которые образуют наименьший угол с направлением внешнего поля за счет «антипараллельных» доменов. Процесс практически является обратимым, т.к. после удаления внешнего поля образец возвращается в исходное состояние.

На участке необратимого процесса под действием энергии кристаллографической магнитной анизотропии происходит увеличение объема тех доменов, вектор намагниченности которых образует наименьший угол с направление магнитного поля. Это увеличение происходит за счет уменьшения объема неблагоприятно расположенных доменов ( явление анизотропии). Одновременно с ростом доменов под действием энергии магнитострипционной деформации происходит процесс вращения (поворота) доменов вокруг оси легкого намагничивания. Магнитосрипция, возникающая под действием магнитного поля, деформирует кристаллическую решетку.

Поворот доменов происходит в направлении внешнего поля. При устранении намагничивающего поля не происходит возврата в исходное состояние. Согласно магнитной теории домены растут в процесс магнитной обработки. Но как известно, чем меньше зерен, тем выше твердость металла. Поэтому для упрочнения металла важен начальный момент образования доменной структуры до момента роста доменов.

Необходимым условием обработки импульсным магнитным полем является, чтобы напряженность внешнего магнитного поля Н₀была больше Н_махобрабатываемого материала. Исследованиями установлено, что при образовании доменной структуры возникают доменные границы, толщина которых зависит от энергии магнитной анизотропии и магнитоупругой энергией. Размеры самих доменов зависят от наличия и распределения в образце неоднородностей: неметаллических включений, размеров зерен, скоплений дислокаций и т.д.

Исследованиями установлено, что в результате предшествующей термообработки металла и последующей импульсной магнитной обработки происходит перестройка дислокационной структуры: часть дислокаций равномерно распределяются внутри зерен, а часть перестраивается с образованием субграниц. При этом, чем крупнее зерно, тем больше отток дислокаций на субграницы, ограничивающие зерно.

При увеличении времени обработки магнитным полем происходит рост доменов. Этот рост начинается у доменов, векторные намагниченности которых наиболее близки к направлению внешнего поля Н₀. При этом наиболее сильные домены, у которых векторы Н совпадают с Н₀«поедают» наиболее слабые, у которых векторы Н противоположны с Н₀.

В результате импульсной магнитной обработки в течение первых нескольких секунд происходит увеличение дисперсности структуры (измельчение) поверхностного слоя и плотности дислокаций. При увеличении времени обработки МИО дисперсность структуры уменьшается в результате роста доменов внутри зерен исходной структуры и несколько снижается плотность дислокаций.

Контрольные задания