Материал: Исследование магнитоупругих свойств ферромагнетиков

Рисунок 1.2 - Зависимость прочности магнитомягких ферритов при растяжении от температуры

Так для марок ферритов 50В Ч2 и 2БА прочность при растяжении при комнатной температуре составляет 95(ϭр.кг/см2) и 250(ϭр.кг/см2) соответственно.

Прочность при сжатии.

Прочность при испытании образцов на сжатие во многом зависит от трения между плитами прессов и торцевыми поверхностями образцов. Предел прочности при сжатии  определяется для образца, разрушаемого плавно возрастающим сжимающим усилием:

Рисунок 1.3 - Зависимость прочности магнитожестких ферритов при растяжении от температуры.

 (1.5)

Необходимо отметить, что при оценке прочности ферритовых изделий при сложном напряженном состоянии за критерий, т. е. величину допускаемой нагрузки, нельзя принимать предел прочности при сжатии, так как он у хрупких материалов в несколько раз выше прочности при растяжении.

Из-за трудностей, связанных с исключением трения между торцевыми поверхностями образцов и подушками пресса, а также несоответствия расчетных напряжений на растяжение напряжениям при сжатии, результаты испытаний на сжатие могут служить лишь ориентировочной характеристикой прочности материала, а сами испытания могут применяться только для сравнительной оценки прочности ферритов.

На рисунке 1.4 и 1.5 показаны кривые изменения прочности магнитномягких и магнитножестких ферритов при сжатии в зависимости от температуры. Кривые показывают, что прочность магнитномягких

ферритов с повышением температуры несколько увеличивается, а прочность магнитножестких ферритов уменьшается.[3]

Рисунок 1.4 - Зависимость прочности магнитомягких ферритов при сжатии от температуры.

Рисунок 1.5 - Зависимость прочности магнитожестких ферритов при сжатии от температуры.

К примеру для феррита марки 50В Ч2 прочность при сжатии при комнатной температуры составляет 1560 (ϭсж.кг/см2), а для феррита марки 2БА составляет 1950 (ϭсж.кГ/см2).

На рисунке 1.6 и 1.7 приведены зависимости прочности при сжатии магнитномягких и магнитножестких ферритов от объема образца.

Рисунок 1.6 - Зависимость прочности магнитомягких ферритов при сжатии от объема образца

Рисунок 1.7 - Зависимость прочности магнитожестких ферритов при сжатии от объема образца

Из физических соображений, очевидно, что однородное поле напряжений, возникающее при сжатии цилиндрического образца, распространено практически по всему его объему. При этом прочность определяется числом микродефектов, находящихся в данном объеме, а также величиной «ослабления» материала, вносимого каждым отдельным дефектом. Если принять, что на единицу объема материала приходится примерно одинаковое количество дефектов одинаковой «силы», то становится очевидным, что с увеличением размеров образца повышается вероятность появления дефектов, существенно отличающихся от среднего уровня «силы». При этом становится более вероятным появление как весьма «слабых», так и весьма «сильных» дефектов.

Если первые на прочность не окажут влияния (так как прочность образца определяется прочностью «слабого места»), то появление более «сильных» дефектов вызовет в среднем снижение прочности в совокупности образцов большего объема. Это положение достаточно отчетливо иллюстрируется результатами испытаний, приведенными на рисунке 1.6, 1.7.[3]

Прочность при изгибе. Для испытания на изгиб обычно применяются призматические стержни различной длины и площади поперечного сечения. Во избежание возможного скручивания образца желательно применять образцы с относительно высоким соотношением между длиной (Ɩ) и высотой (h) образца. Хорошие результаты можно ожидать при соотношении Ɩ /h = 7:10.

Результаты зависимости прочности при изгибе магнитномягких и магнитножестких ферритов от температуры показаны на рис. 24, 25. Как видно из графиков, прочность ферритов при изгибе с ростом температуры снижается.[3]

Рисунок 1.8 - Зависимость прочности магнитомягких ферритов при изгибе от температуры

Рисунок 1.9 Зависимость прочности магнитожестких ферритов при изгибе от температуры

Прочность при кручении. При испытании на кручение хрупких материалов получают ряд характеристик: прочность при кручении, прочность при срезе, модуль сдвига и условную прочность при растяжении. Существует много машин и установок для испытаний

на кручение. Очень важно при проведении этих испытаний исключить возможность изгиба.

Испытаниям на кручение подвергались образцы цилиндрической формы с утолщенными концами. Переход от рабочей прямолинейной части образца к утолщенной, как правило, осуществлялся плавно. Прочность при кручении (τ) определялась как отношение максимального крутящего момента (Мкр.макс)к полярному моменту сопротивления поперечного сечения образца

(Wp=), т.е. =*,

где d- диаметр рабочей части образца.

Образцы всех марок ферритов, подвергшихся испытанию, как магнитномягких, так и магнитножестких, разрушались по типу «хрупких» материалов за счет наибольших растягивающих напряжений (как материал, обладающий слабыми пластическими свойствами).

Для ферритов марок 50В Ч2 и 2БА прочность при кручении составляет 155(τ, кг/см2) и 490(τ, кг/см2) соответственно.

Характерно, что у магнитномягких ферритов прочность при кручении, как при растяжении и изгибе, снижалась с повышением температуры, в то время как у магнитножестких ферритов она повышалась как с ростом температуры, так и с понижением от некоторого экстремального значения (рисунок 1.10, 1.11).Кроме того, если средний предел прочности при растяжении у магнитножестких ферритов выше среднего предела прочности при растяжении магнитномягких ферритов в среднем в два раза, при изгибе около трех раз, то при кручении почти в четыре раза.[3]

Рисунок 1.10 - Зависимость прочности магнитомягких ферритов при кручении от температуры.

Рисунок 1.11 - Зависимость прочности магнитожестких ферритов при кручении от температуры.

1.2.2
Динамические нагрузки. Ударная прочность и определение твердости

Ударной прочностью материала принято считать величину работы, затраченной для разрушения образца при изгибном ударе на маятниковом копре.

Удельную ударную прочность определяют обычно как отношение величины затраченной на разрушение работы к площади поперечного сечения образца в месте излома, или к объему части образца между опорами копра. Ударная прочность материала не является расчетной характеристикой, входящей в какую-либо формулу. Обычно по удельной ударной прочности судят о способности того или иного материала сопротивляться ударному воздействию.

Испытания проводились на маятниковом копре. Основными характеристиками копра являются запас энергии, определяемый как произведение веса маятника на расстояние от оси его качания до центра тяжести, и центр удара, который находится по периоду колебания маятника.

Маятник весом Р, поднятый на определенный угол и имеющий высоту центра тяжести h, будет обладать запасом энергии, равным Ph. После свободного падения и встречи с образцом маятник, затратив на разрушение образца часть запаса энергии, поднимается на определенный угол, при котором его центр тяжести займет высоту h1.

Закрепленный на оси маятника поводок при движении после разрушения образца перемещает стрелку на высоту, пропорциональную h. Таким образом, стрелка отметит по шкале величину, пропорциональную разности высот (h-h1).

Работа, затраченная на разрушение образца, определяется по формуле как разность запасов энергии маятника до и после удара:

, (1.6)

где- работа, затраченная на разрушение образца, кгм;

- вес маятника, кг;

- высота подъема центра тяжести маятника относительно точки встречи бойка с образцом до удара, м;

- высота подъема центра тяжести маятника относительно точки встречи бойка с образцом после удара, м.

По общепринятой методике за удельную ударную прочность принимается отношение затраченной на разрушение образцов работы  к площади поперечного сечения образца , т. е.

[] (1.7)

Проведенные испытания показали, что удельная ударная прочность различных хрупких материалов в значительной степени зависит от формы и размеров образца. Поскольку ударная прочность является качественной характеристикой, испытания проводились на образцах с одинаковой длиной, на одинаковом расстоянии между опорами, но различным поперечным сечением. Учитывая характер действия ударной нагрузки, представляется возможным наряду с общепринятой методикой, определять удельную ударную прочность хрупких материалов как отношение затраченной при изломе образцов работы к моменту сопротивления поперечного сечения образца (W). В этом случае разброс результатов оказывается меньше и влияние масштабно-технологического фактора на удельную ударную прочность лучше согласуется с аналогичными зависимостями при других видах испытаний.

На рисунках 1.12 и 1.13 показаны сравнительные результаты определения ударной прочности магнитножестких ферритов.

Рисунок 1.12 - Результаты определения ударной прочности магнитожестких бариевых ферритов по общепринятой методике

Рисунок 1.13 - Результаты определения ударной прочности магнитожестких бариевых ферритов по измененной методике

Как видно из рисунков, удельная работа при испытании по общепринятой методике увеличивается с увеличением площади образца, что противоречит как статической, так и технологической теориям прочности. При определении удельной ударной прочности (aw) как отношения затраченной работы (А) к моменту сопротивления поперечного сечения образца (W), т. е.

 [], (1.8)

см2;

Характер наклона кривых сохраняется таким же, как и при других видах испытаний.

Твердость - это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, не получающего остаточных деформаций тела. Твердость не входит в какие-либо расчетные формулы, не является физической постоянной, а скорее является сложной функцией ряда физических свойств, которые по-разному сочетаются при различных методах испытания. В некотором смысле твердость материала можно приравнять сопротивлению истиранию или износу. Эта характеристика интересна практически, так как она определяет срок службы материала при нормальном использовании, но, как известно, детали из феррита редко подвергаются такого рода воздействиям. Устойчивость материала к царапанию другим материалом представляет собой другую характеристику твердости, а глубина проникновения индентера (шарика, пирамиды) в материал при определенных условиях является еще одним видом характеристики твердости.

Все эти методы - эмпирические и, хотя пользоваться можно любым из них, классификационное расположение материалов в ряду твердости может зависеть от метода испытания.

Определение твердости царапанием выполняется сравнительно просто, но результаты испытания часто бывают довольно неопределенными. Величина твердости оценивается по десятибалльной шкале (так называемая шкала Мооса), которая представляет собой последовательность ряда минералов различной твердости, расположенных в порядке ее возрастания. По этой шкале алмаз, стоящий в верхней ее части, имеет твердость 10, а твердость талька, стоящего последним, равна 1. При оценке твердости определяют, какие из минералов шкалы оставляют царапину на исследуемом материале. Ферриты имеют значения твердости по Моосу от 6 до 8, но испытание их не очень удобно для сравнительных характеристик твердости различных видов ферритов по отношению друг к другу. Большинство магнитномягких ферритов никель-цинковой системы имеют твердость 6-7, а марганцевоцинковой системы до 7-8.

Реже пользуются динамическими методами измерения, в которых мерой твердости является высота отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого материала (метод Шора) или время затухания колебания маятника, опорой которого служит исследуемый материал (метод Кузнецова - Ребиндера). Наиболее часто для измерения твердости пользуются методом вдавливания, при котором величина твердости равна нагрузке, отнесенной к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят шариком из закаленной стали (метод Бринелля, Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Роквелла, Виккерса, измерение микротвердости). Испытание материалов на твердость вдавливанием под нагрузкой 2:200 Г алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине между противолежащими гранями 136° получило название «испытаний на микротвердость».

В результате испытания определяется величина диагонали отпечатка и подсчитывается число твердости как частное от деления приложенной нагрузки (Р, кг) на поверхность полученного отпечатка (F, мм2),число твердости выражается в :

[] (1.9)

Если выразить Pв граммах, а (диагональ квадрата отпечатка) в микронах, то формула примет вид:

[] (1.10)