Материал: Исследование магнитоупругих свойств ферромагнетиков
Обычно бывает необходимо получение не менее трех отпечатков для определения твердости испытуемого материала, но для хрупких материалов это число необходимо увеличить. Механизм вдавливания носит весьма сложный характер, охватывая эффекты упругой деформации, пластического течения и смятия феррита под индентером. Необходимо отметить, что число твердости в какой-то степени зависит от нагрузки, под которой проводятся испытания. Поэтому, когда сравниваются числа твердости материалов, определенные по методу «испытаний на микротвердость», необходимо точно указывать условия испытаний.
При
выборе места расположения отпечатка на поверхности образца необходимо
учитывать, что феррит имеет значительную пористость и мелкозернистую структуру,
а поэтому рекомендуют расстояния от центра отпечатка до края образца (зерна)
или между центрами соседних отпечатков брать не менее 
(d -
диагональ отпечатка). Толщина испытуемого образца должна быть не менее 
-
,
учитывая структуру феррита и его хрупкость. Так как
испытуемое зерно залегает в массе приблизительно таких же зерен, связанных пластификатором, то в зависимости от цели испытаний (определение твердости зерен феррита или всей массы образца) могут быть взяты отпечатки и несколько большие по величине.
В связи с неоднородностью величины зерен по поверхности образца целесообразно для каждого определения H производить не менее 10 наколов в различных местах образца.
Определение микротвердости никель-цинковых ферритов дало значения H=850-950 кГ/мм2 для различных марок
ферритов. Для бариевых магнитножестких ферритов эта величина составляла 700-800
кГ/мм2.[3]
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Описание установки. Результаты практической работы.
Для проведения эксперимента была использована установка, состоящая из
генератора низкочастотных сигналов, двухлучевого осциллографа, источника
постоянного тока, колец Гельмгольца, пьезокерамических резонаторов,
измерительной катушки и ферритового стержня. Рисунок 2.1.
Рисунок 2.1 - Фотография установки
Принципиальная схема установки представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Принципиальная схема установки
-генератор сигналов низкочастотный; 2-пьезокерамические резонаторы;
3-двухлучевой осциллограф; 4- источник постоянного тока; 5- кольца
Гельмголца;6- измерительная катушка; 7- ферритовый стержень
) Сравнение по фазе акустического сигнала и сигнала ЭДС магнитоупругого
эффекта (желтая синусоида- акустический сигнал, синяя синусоида- сигнал
напряженности). Рисунок 2.3 и 2.4.
Рисунок 2.3 -Сравнение по фазе акустического сигнала и сигнала ЭДС
индукции магнитоупругого эффекта
Рисунок
2.4 - Сравнение по фазе акустического сигнала и сигнала ЭДС индукции
магнитоупругого эффекта (смещение на 
)
Фаза
смещается на .
)
Определение внешнего магнитного поля в объеме колец Гельмгольца.
Таблица 2.1
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
H,A/м |
34,3 |
53 |
71,6 |
89,6 |
109 |
125,8 |
143 |
162,6 |
183 |
203 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255,6 |
273,6 |
292,5 |
311 |
329 |
348,5 |
366,6 |
385,6 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
H,A/м |
403,3 |
421,6 |
440 |
458 |
478,3 |
497,5 |
515 |
534,6 |
553 |
571 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
H,A/м |
590,5 |
610 |
629,3 |
647,6 |
666,5 |
685,3 |
703,8 |
723 |
742 |
762 |
В отсутствии внешнего магнитного поля также наблюдается магнитоупругий эффект, при включении магнитного поля ЭДС магнитоупругого эффекта возрастает.
Для определения напряженности внешнего магнитного поля в объеме колец
Гельмгольца мы подключили их к источнику постоянного тока для создания
однородного магнитного поля между колец и изменяли значение напряжения от 0,1В
до 4В с шагом 0,1В (таблица 2.1). В итоге, мы получили тарировочную (рисунок
2.4) кривую.
Рисунок 2.4 - Тарировочная кривая
) Также, измерили изменение амплитуды колебаний напряжения при изменении
напряжения. Измерения проводились на трех частотах (таблицы 2.2, 2.3, 2.4).
Таблица 2.2 - Частота сигнала- 84,4 кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
12,93 |
14,4 |
19,8 |
23.2 |
22.9 |
28 |
31.5 |
36.4 |
38.9 |
44.8 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
45.9 |
52 |
55.2 |
57.1 |
61.3 |
65.6 |
70.1 |
73.6 |
76.8 |
85.6 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
88 |
90.7 |
93.1 |
94.9 |
97.1 |
102.3 |
106.3 |
109.3 |
115.3 |
118 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
|
|
Аmp U, В |
121 |
124.3 |
127.3 |
131.7 |
134.3 |
137.3 |
140.7 |
144.7 |
148 |
155.3 |
Таблица 2.3 - Частота сигнала- 98,2кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
3,4 |
4,6 |
5,2 |
5,8 |
6,2 |
6,8 |
7,6 |
8,2 |
9 |
10,4 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
11 |
11,6 |
12,2 |
12,8 |
13,6 |
14,4 |
15,2 |
16 |
17,2 |
18,4 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
19,2 |
20,6 |
21,2 |
22,2 |
22,8 |
23,2 |
24 |
24,8 |
25,6 |
26,4 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
Аmp U, В |
27,2 |
28,4 |
29,2 |
30 |
31 |
32 |
32,8 |
33,6 |
34,4 |
35,2 |
Таблица 2.4 - Частота сигнала- 111,960 кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
1,2 |
1,44 |
1,8 |
2,1 |
2,3 |
2,6 |
3 |
3,3 |
3,6 |
3,9 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
4,2 |
4,4 |
4,7 |
4,9 |
5,2 |
5,4 |
5,8 |
6,1 |
6,4 |
6,8 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
7,2 |
7,6 |
8 |
8,4 |
8,8 |
9,2 |
9,6 |
10 |
10,4 |
10,8 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
Аmp U, В |
11,2 |
11,5 |
11,8 |
12,2 |
12,6 |
13 |
13,4 |
13,8 |
14,2 |
14,8 |
Используя данные тарировочного графика и результаты измерений из таблиц
2.2,2.3 и 2.4, построим графики зависимости амплитуды напряжения от
напряженности магнитного поля для частот 84,4; 98,2 и 111,960 кГц (таблицы 2.5,
2.6, 2.7).
Таблица 2.5 -Частота 84,4 кГц.
|
H,A/м |
34.3 |
53 |
71.6 |
89.6 |
109 |
125.8 |
143 |
162.6 |
183 |
203 |
|
Аmp U, В |
12,9 |
14,4 |
19,8 |
23.2 |
22.9 |
28 |
31.5 |
36.4 |
38.9 |
44.8 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255.6 |
273.6 |
292.5 |
311 |
329 |
348.5 |
366.6 |
385.6 |
|
Аmp U, В |
45.9 |
52 |
55.2 |
57.1 |
61.3 |
65.6 |
70.1 |
73.6 |
76.8 |
85.6 |
|
H,A/м |
403.3 |
421.6 |
440 |
458 |
478.3 |
497.5 |
515 |
534.6 |
553 |
571 |
|
Аmp U, В |
88 |
90.7 |
93.1 |
94.9 |
97.1 |
102.3 |
106.3 |
109.3 |
115.3 |
118 |
|
H,A/м |
590.5 |
610 |
629.3 |
647.6 |
666.5 |
685.3 |
703.8 |
723 |
742 |
762 |
|
Аmp U, В |
121 |
124.3 |
127.3 |
131.7 |
134.3 |
137.3 |
140.7 |
144.7 |
148 |
155.3 |
Рисунок 2.5 - Зависимость амплитуды напряжения от напряженности
магнитного поля при частоте акустического сигнала 84,4 кГц.
Таблица 2.6 - Частота 98,2кГц
|
H,A/м |
34.3 |
53 |
71.6 |
89.6 |
109 |
125.8 |
143 |
162.6 |
183 |
203 |
|
Аmp U, В |
3,4 |
4,6 |
5,2 |
5,8 |
6,2 |
6,8 |
7,6 |
8,2 |
9 |
10,4 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255.6 |
273.6 |
292.5 |
311 |
329 |
348.5 |
366.6 |
385.6 |
|
Аmp U, В |
11 |
11,6 |
12,2 |
12,8 |
13,6 |
14,4 |
15,2 |
16 |
17,2 |
18,4 |
|
H,A/м |
403.3 |
421.6 |
440 |
458 |
478.3 |
497.5 |
515 |
534.6 |
553 |
571 |
|
Аmp U, В |
19,2 |
20,6 |
21,2 |
22,2 |
22,8 |
23,2 |
24 |
24,8 |
25,6 |
26,4 |
|
H,A/м |
590.5 |
629.3 |
647.6 |
666.5 |
685.3 |
703.8 |
723 |
742 |
762 |
|
|
Аmp U, В |
27,2 |
28,4 |
29,2 |
30 |
31 |
32 |
32,8 |
33,6 |
34,4 |
35,2 |