欢迎来到微传网! | 帮助中心 分享文档,创造价值!
微传网
全部分类
  • 办公文档 >
    办公文档
    往来文书 招标投标 传真信函 解决方案 事务文书 活动策划 股份制文书 调研文书 规章制度 统计图表 PPT模板素材 工作计划 工作总结 会议纪要 产品手册 课程设计 求职简历 通知/申请 演讲致辞 说明文书 词典 简明教程 办公软件应用 教育范文
  • 中学教育 >
    中学教育
    中学课件 中考 高考 中学作文 职业教育 试题 教学研究 竞赛题 高考英语 初中教育 高中教育 体育理论与教学 中学实验 音乐美术
  • 幼儿/小学教育 >
    幼儿/小学教育
    幼儿教育 小学课件 学习方法 课外知识 爱心教育 教育管理 小学教育
  • 高等教育 >
    高等教育
    研究生课件 大学课件 理学 工学 哲学 历史学 教育学 农学 思想政治 专业基础教材 生物学 语言学 微积分 统计学 实验设计 科普读物
  • 论文 >
    论文
    期刊/会议论文 开题报告 经济论文 管理论文 社科论文 文学论文 医学论文 哲学论文 艺术论文 法律论文 自然科学论文 通讯论文 论文指导/设计 毕业论文 大学论文
  • 管理/人力资源 >
    管理/人力资源
    经营企划 销售管理 代理连锁 工程管理 信息管理 资本运营 企业信息化 市场营销 广告经营 项目管理 营销创新 招聘面试 人事档案 员工关系 企业文化 宣传企划 企业文档 公司方案 商业合同 财务报表 励志书籍工具 咨询培训 劳动就业 商务礼仪 地方省市劳动合同 管理学资料 创业
  • 经济/贸易/财会 >
    经济/贸易/财会
    经济学 财政/国家财政 商品学 市场分析 进出口许可 贸易 网络营销/经济 税收 稽查与征管/审计 资产评估/会计
  • IT计算机 >
    IT计算机
    计算机原理 PHP资料 linux/Unix相关 C/C++资料 Java .NET windows相关 开发文档 管理信息系统 软件工程 网络信息安全 网络与通信 图形图像 行业软件 人工智能 计算机辅助设计 多媒体 软件测试 计算机硬件与维护 网站策划/UE 网页设计/UI 网吧管理 电子支付 搜索引擎优化 服务器 电子商务 Visual Basic 数据挖掘与模式识别 数据库 Web服务 网络资源 Delphi/Perl Python CSS/Script Flash/Flex 手机开发 UML理论/建模 并行计算/云计算 嵌入式开发 计算机应用/办公自 数据结构与算法 SEO
  • 资格/认证考试 >
    资格/认证考试
    全国翻译资格认证 自考 成考 专升本考试 公务员考试 思科认证 微软认证 司法考试 教师资格考试 物流师考试 计算机等级考试 注册税务师 人力资源管理师 会计职称考试 出国培训 质量管理体系认证 医师/药师资格考试
  • 行业资料 >
    行业资料
    社会学 纺织服装 食品饮料 家电行业 造纸印刷 酒店餐饮 物流与供应链 交通运输 旅游娱乐 文化创意 航空/航天 船工业技术 矿业工程 石油、天然气 工业冶金工业 金属学与金属工艺 武器工业 能源与动力工程 原子能技术 化学工业 轻工业/手工业 水利工程 农业工程 农作物 园艺 林业 畜牧 水产/渔业 展会 生活用品 航海/船舶 家居行业 实验 工业设计 室内设计 系统集成 国内外标准规范 新闻/广播 公共安全/安全评价
  • 金融/证券 >
    金融/证券
    股票中长线技巧 股票短线技巧 股票经典资料 股票技术指标学习 金融资料 财经资料 投融资/租赁
  • 研究报告 >
    研究报告
    信息产业 金融 教育 农林牧渔 冶金 石油化工 煤炭 交通 新能源 轻工 产业政策 商业贸易 国防军事 技术指导 安防行业 制药行业 统计年鉴/数据分析
  • 换一换
    首页 微传网 > 资源分类 > PPT文档下载
     

    材料物理性能四、五、六章.ppt

    • 资源ID:9861435       资源大小:2.39MB        全文页数:114页
    • 资源格式: PPT        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:10金币 【人民币10元】
    快捷注册下载 游客一键下载
    会员登录下载
    三方登录下载: 微信登录 微信开放平台登录 QQ登录  
    下载资源需要10金币 【人民币10元】   |   1元文档测试下载
    邮箱/手机:
    温馨提示:
    支付成功后,系统会自动生成账号(用户名和密码都是您填写的邮箱或者手机号),方便下次登录下载和查询订单;
    支付方式: 支付宝    微信支付   
    验证码:   换一换

    加入VIP,免费下载
     
    友情提示
    2、PDF文件下载后,可能会被浏览器默认打开,此种情况可以点击浏览器菜单,保存网页到桌面,既可以正常下载了。
    3、本站不支持迅雷下载,请使用电脑自带的IE浏览器,或者360浏览器、谷歌浏览器下载即可。
    4、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

    材料物理性能四、五、六章.ppt

    2019/9/11,1,材料物理性能,主讲教师韩立影,2019/9/11,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,了解材料的磁性,对于研究材料结构及相变是非常重要的。,,,,,,,,,,,,磁性材料被广泛使用于计算机、航空航天、农业、医疗等技术领域,是重要的功能材料。,第四章磁性分析,2019/9/11,3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料磁性的本质是材料内部电子的循轨和自旋运动产生的.,物理学任一封闭电流都有磁矩,其方向与环形电流法线方向一致,大小IS。,材料内部电子的循轨和自旋运动都可看作是一个闭合的环形电流,因而必然会产生磁矩.,第四章磁性分析,4.1 磁性及其物理本质,一、材料的磁性,2019/9/11,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电子自旋运动产生的磁矩称为自旋磁矩.,,,,,,,,,,,,,egFe原子中共26个电子,电子层分布为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2,除3d次电子层外,各层均被电子填满,自旋磁矩被抵消。,,当原子中有未被排满的电子层时,原子所具有的磁矩为原子的固有磁矩。(由于未被排满的电子层电子磁矩之和不为零),根据洪特法则电子在3d层中应尽可能填充到不同轨道,并且它们的自旋尽量在同方向上平行自旋.见填充示意图。 因此Fe原子的固有磁矩是4个电子磁矩的总和。,电子循轨运动产生的磁矩称为轨道磁矩。,2019/9/11,5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,每一个外层有s、p、d、f 四个亚层,四个亚层分别有1、3、5、7个轨道。,,铁原子外层电子排布,3s2 3p6 3d6,1s2,2s2 2p6,4s2,2019/9/11,6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,铁使磁场强烈地增强;铜使磁场减弱;铝虽使磁场增强,但很微弱.,物质在磁场中由于受磁场的作用都呈现出一定的磁性,这种现象称为磁化。,凡是能被磁场磁化的物质称为磁介质。,当磁介质在外加磁场H中被磁化时,会产生附加磁场H’,这时,其所处的总磁场强度为,无外加磁场,宏观上材料不呈现出磁性; 当材料被磁化后,会表现出一定的磁性.,,物体的磁化未改变原子固有磁矩的大小,而是改变了它们的取向。,,,二.材料的磁化,通常,2019/9/11,7,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,单位体积的磁矩称为磁化强度,用 表示。,磁化强度与外加磁场强度 有关,还与物质本身的磁化特性有关,即,,磁化率,其值可正、可负。,,,,,,H’,,,4-5,,,通过磁场中某点,垂直于磁场方向单位面积的磁力线数称为磁感应强度,用 表示,其单位为T特斯拉,它与磁场强度的关系是,,或,真空磁导率,,4-6,4-7,2019/9/11,8,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,将式4-5代入式4-6可得,式中 为相对磁导率; 为磁导率或导磁系数,单位与 相同,它反应了磁感应强度B随外磁场H变化的速率。,,,,,,,,,,,,,,,4-8,,,2019/9/11,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料被磁化后 使磁场减弱的物质称为抗磁性材料; 使磁场略有增强的为顺磁性材料; 使磁场强烈增加的为铁磁性材料。,一.材料抗磁性与顺磁性的物理本质,材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性, <0;材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性, >0.,,,,,,4.2 抗磁性与顺磁性,2019/9/11,10,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,把测量的磁感应强度B或磁化强度M与外加磁场强度H的关系曲线称为磁化曲线.抗磁与顺磁性材料的磁化曲线如图4-1所示。,,,图4-1 抗磁与顺磁物质的磁化曲线,磁化强度与磁场强度之间均呈直线关系;磁化率常数很小,但磁化方向相反;当去除外磁场之后,仍恢复到未磁化前的状态,即存在磁化可逆性。,4.2 抗磁性与顺磁性,2019/9/11,11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用产生的抗磁矩.,证明过程取循轨运动方向相反的两个电子,如图4-2,,,,,图4-2 形成抗磁磁矩∆m的示意图,电子循轨运动产生的轨道磁矩大小为,,4-9,电子电荷,,电子循轨运动的角速度,轨道半径,,,1.抗磁性,2019/9/11,12,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电子循轨运动时受到向心力 。,当电子受到垂直于运动轨道平面的磁场作用时,会产生 ,称为洛伦兹力,它等于 。,当电子顺时针运动时,见图 a, 与 的方向相同,这时增大了向心力.,,由 可知,若m和r不变,Fc的增大将导致 增大 .,,,,由式4-9 知,m必将相应增大∆m.,,,,,,,,同理可证明,图 b中相反方向运动的电子也会增加∆m。,2019/9/11,13,洛仑兹力的方向左手定则,伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入掌心,四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向),那么,拇指所指的方向就是运动电荷所受洛仑兹力的方向。,2019/9/11,14,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料的顺磁性主要来源于原子离子的固有磁矩.,材料的顺磁磁化过程 无外加磁场时,原子的固有磁矩呈无序状态分布,宏观上不呈现出磁性,见图 a,,,,,图4-3顺磁磁化过程示意图 a无磁场 b弱磁场 c强磁场,当施加外磁场时,为了降低磁矩的静磁能,磁矩将改变与磁场间的夹角,便产生了磁化,见图 bc。静磁能是指原子磁矩与外加磁场的相互作用能。,,,随着磁场的↑,磁矩与磁场的夹角↓,磁化不断↑。,,,2.顺磁性,2019/9/11,15,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.原子结构的影响 ①绝大多数非金属都是抗磁性物质,只有氧和石墨是顺磁性物质②金属Cu、Ag、Au、Cd、Hg等是抗磁性的③所有的碱金属、碱土金属(除Be外)都是顺磁性的 2.温度的影响①温度对抗磁性一般没有什么影响,但会使抗磁磁化率发生变化②温度对顺磁性影响很大一部分物质xC/T,另一部分物质xC′/(T△) 。,,,,,二.影响材料抗磁性与顺磁性的因素,2019/9/11,16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.相变及组织转变的影响①例如正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰锡时,x明显变化②加工硬化使金属原子间距↑而密度↓,例如当高度加工硬化时,Cu由抗磁变为顺磁,退火使铜的抗磁性恢复。 4.合金成分与组织的影响见图,,,,,二.影响材料抗磁性与顺磁性的因素,2019/9/11,17,磁化率随合金成分变化规律,2019/9/11,18,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1确定合金相图中的最大溶解度曲线,单相固溶体的顺磁性比两相混合组织的顺磁性高; 混合物的顺磁性与合金成分之间呈直线关系.,,三. 抗磁与顺磁分析的应用,,,磁化率变化,合金的成分 组织 结构变化,合金成分与顺磁性的关系,,2019/9/11,19,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三. 抗磁与顺磁分析的应用,,,,,,,,,eg确定Al-Cu合金的溶解度曲线时,可取不同成分的合金,加热到不同T淬火后,测量其磁化率,作出和成分的关系曲线,图4-4示.,下面几条曲线分别表示300、400、450与500℃淬火后的 变化曲线.,在不同T淬火后的 曲线可分为两个部分,在b、c、d、e与f处曲线发生转折.,20℃曲线表示退火态;,2019/9/11,20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,以450℃曲线为例ae段对应的成分,淬火后得到了过饱和固溶体。,,,,在得到固溶体时,溶质浓度越高, ↓越多,且↓较快。,e点后的合金在相同T淬火加热时,组织为铜铝固溶体与CuAl2的两相混合物,所以e点的成分即为450℃加热时,Cu在Al中的最大溶解度.,Cu只有一部分溶入 Al中,还有一部分以CuAl2的形式存在,这时虽然合金的磁化率仍随着含铜量的↑而↓,但显然↓得较慢,而且呈直线↓,2019/9/11,21,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-4 Al-Cu合金的磁化系数与成分和淬火温度的关系,,,,,,,,同理b、c、d、e与f各点对应的成分都是相应T下的最大溶解度.,将这些点换成T与成分的关系曲线, 可得Al-Cu合金的最大溶解度曲线.,2019/9/11,22,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-5 Al-Cu合金淬火和退火状态的磁化率与T的关系,,,,,2研究铝合金的分解,,,,顺磁性合金合金分解,为了研究淬火Al合金的分解情况,需要测出 与加热T的关系曲线.取含Cu5%的Al合金分别进行退火与淬火,然后加热到不同T测量其 ,测量结果如图示.,,,Eg分析铝铜合金的分解,磁化曲线改变,2019/9/11,23,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,随着T↑,淬火试样的 不断↑;退火试样组织不变,只是受到T影响,使 单调↓.,分析 Al合金的顺磁 淬火后比退火后显著↓,说明淬火使Al与Cu形成了过饱和固溶体。,Cu的抗磁作用对Al的顺磁影响较大,使合金的顺磁 显著↓。,退火态的合金中,有94﹪的Cu以CuAl2相存在,因此Cu对Al的顺磁性影响较小,故 比淬火态的高。,由于从过饱和固溶体中析出了富铜相,2019/9/11,24,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1与2曲线比较得合金的磁化率总比纯铝的低。,,,,,,,,当T达到500℃后,淬火与退火试样的曲线重合,表示过饱和固溶体分解完成,得到稳定的平衡组织。,测定磁化率还可以用于研究材料有序无序转变、同素异构转变与确定再结晶温度等。,是抗磁金属铜的作用造成的,2019/9/11,25,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,铁磁性材料都是金属,它们的铁磁性来源子原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化.,,,,,4.3金属及合金的铁磁性、铁磁性的测量及应用,,,,铁磁性材料在外加H的作用下,可产生很强的磁化,其磁化矢量与外加H的方向一致。,,一、铁磁材料的原子组态和原子磁矩,2019/9/11,26,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,过渡族金属的3d层都未被电子填满,这些金属原子都有剩余的自旋磁矩.在3d过渡族金属中,铁、钴、镍是铁磁性材料,下表列出了它们原子的3d层电子填充情况。,,表4-1 铁、钴、镍原子的外层电子填充规律,一、铁磁材料的原子组态和原子磁矩,2019/9/11,27,,,,,金属具有铁磁性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,锰、铬等元素也有剩余的自旋磁矩,但不是铁磁性金属.,原子有未被抵消的自旋磁矩产生自发磁化。,,自旋磁矩自发地同相排列,一、铁磁材料的原子组态和原子磁矩,2019/9/11,28,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,没有外磁场时,材料发生的磁化称为自发磁化. 金属内部的自发磁化是由于电子间的相互作用产生的.两个原子接近时,它们的3d和4s层的电子可相互交换位置,使相邻原子自旋磁矩产生有序排列.因交换作用产生的能量称为交换能.用Eex表示。,,二、自发磁化,2019/9/11,29,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A交换能积分常数;S1 、 S2分别是两个电子的自旋动量矩矢量;Φ两个自旋动量矩夹角,S S1与S2的模,因S1与S2是同类电子,所以它们的模相等。,,,,,4-12,二、自发磁化,2019/9/11,30,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,根据量子力学推导和计算,得出了一条交换积分常数与a/r的关系曲线,见图4-6.,图中a 原子间距,r 未填满壳层的原子半径. 从曲线中可以看出 当a/r>3时,A>o;而当a/r<3时,A<0。,图4-6 交换能常数A与a/r之间的关系,二、自发磁化,2019/9/11,31,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A<0时,当Φ=π、cosΦ=-1时,Eex为最低值,即自旋磁矩反向排列时能量最低.,,,,,A>0时,当Φ=0、cosΦ1时,Eex为最低值,即自旋磁矩同向排列时能量最低,形成自发磁化.,,铁、钴、镍的A为较大的正值,因此有较强的自发磁化倾向。,某些稀土元素也具有自发磁化倾向,但其A值很小,相邻原子间的自旋磁矩同向排列作用很弱,原子振动极易破坏这种同向排列,在常温下呈现为顺磁性。,2019/9/11,32,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当铁磁物质磁化时,沿不同方向磁化所产生的磁化强度不同。磁化强度沿不同晶轴方向的不同称为磁晶的各向异性能。,,,,,铁磁物质磁化时,沿磁化方向发生长度的伸长或缩短的现象称为磁致伸缩效应.,,,,,三.磁各向异性与磁致伸缩,铁磁性物质磁化时的特征,,磁致伸缩效应。,磁各向异性,2019/9/11,33,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,式中 铁磁体的原始长度,沿磁化方向长度的改变,,,,>0,沿磁化方向尺寸伸长,称为正磁致伸缩,eg铁属这种情况;<0,沿磁化方向尺寸缩短,eg镍属这种情况.,,三.磁各向异性与磁致伸缩,此效应可用磁致伸缩系数 表示,2019/9/11,34,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,对 >0的材料进行磁化时,,,,,随着外磁场H的↑,铁磁体的磁化强度↑,这时 也随之↑,当磁化强度达到饱和值Ms时, , 称为饱和磁致伸缩系数.,,,,,,,,,对 <o的材料,则情况相反.,沿磁场方向加拉应力,有利于磁化,加压应力阻碍其磁化;,2019/9/11,35,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在铁磁性物质中,存在着许多微小自发磁化区域,称为“磁畴”。,,交换能使铁磁物质中的磁矩同向排列形成磁畴,但同向排列形成了磁极,造成了很大的退磁能,如图4-7a.,,三.磁畴结构,并不是整块单晶体或每个晶粒形成一个大磁畴,退磁能由于铁磁体产生的外磁场与内磁场方向相反,从而使铁磁体的磁性减弱,造成磁化能增加.,磁畴的尺寸大小和其形状结构受着多种能量因素的制约。,2019/9/11,36,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,降低退磁能的方法将晶体分为两个反向磁化区磁畴,可使退磁能大大降低,如图4-7b。,,图4-7单晶体磁畴结构示意图,三.磁畴结构,2019/9/11,37,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,使退磁能降为0的方法当形成图4-7c所示的封闭磁畴时,可使退磁能降为零,于是,出现了上下两个三角形的闭合磁畴.,,,由于闭合磁畴和基本磁畴的磁化方向不同,引起的磁致伸缩不同,因而产生一定的磁致伸缩能.,磁致伸缩能与磁畴的方向和尺寸有关,尺寸越大,磁致伸缩所引起的尺寸变化就越不容易相互补偿,磁致伸缩能就越高.,2019/9/11,38,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,封闭式磁畴结构需要由较小的磁畴构成,磁致伸缩能才能更低,如图4-7d.当一个磁体中存在许多小磁畴时,在两相反磁畴之间形成一个过渡层,称为磁畴壁.,,,,畴壁内自旋磁矩的方向从一个磁畴逐渐过渡到另一个磁畴,如图4-8b。这种情况交换能较低.,,相邻磁畴彼此间不能直接呈反向平行排列,如图4-8a.因为,这样的排列方式交换能很高.,2019/9/11,39,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-8 磁畴壁示意图,,,,但是,畴壁的自旋磁矩偏离了晶体的易磁化方向,由此导致各向异性能增高.此外还由于磁致伸缩的变化使弹性能升高,所以形成畴壁需要一定的能量.畴壁的总能量与磁畴壁的面积有关,畴壁面积越大,能量越高.而磁畴越小,磁畴壁面积就越大。,,2019/9/11,40,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-8 磁畴壁示意图,,,,当磁畴变小使磁致伸缩能减小的数量和畴壁形成所需要的能量相等时,即达到了能量最小的稳定闭合磁畴组态。,,2019/9/11,41,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-9铁磁合金的磁化曲线,,铁磁金属的磁化曲线有不可逆磁化存在,曲线可分为3个部分,如图4-9所示.,,Ⅰ在微弱的磁场中,B和M均随H的↑缓慢地↑;M与H近似呈直线关系,磁化是可逆的.,五、磁化曲线与磁滞回线,磁感应强度B 磁化强度M 外磁场强度H,2019/9/11,42,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ⅱ随H继续↑,B和M急剧↑ ,磁导率↑快,且出现极大值,此阶段磁化是不可逆的,即去掉磁场仍保持部分磁化.,Ⅲ随H再↑ ,B和M ↑的逐渐变缓,磁化变得困难,磁导率↓,并趋向于 。当H达到HS时,M达到饱和值。此时 B仍随H ↑而↑.,磁化强度的饱和值为饱和磁化强度,MS.与Ms相对应的磁感应强度为饱和磁感应强度,Bs。,B=MH,2019/9/11,43,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,磁滞回线,,,如将试样沿Oab磁化到饱和磁化状态后,再逐渐↓H,B将沿bcd曲线随之↓.,,图4-10 铁磁合金的磁滞回线,2019/9/11,44,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H=0时,B≠0,而保留一定的数值,这是铁磁金属的剩磁现象.去掉外加磁场后的磁感应强度为剩余磁感应强度,Br。,要使B继续↓,需加-H,当HHc时,B0.Hc为去掉剩磁的临界外磁场,称为矫顽力.,将-H继续↑,B沿着de曲线变化为-Bs。,从-Bs改为正向磁场,随着H的↑,B沿efgb曲线变化为BS。,2019/9/11,45,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由图知,磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化,此现象为磁滞效应.,由于磁滞效应,磁化一周得到一个闭合回线,为磁滞回线.回线包围的面积相当于磁化一周产生的能量损耗,为磁滞损耗.,2019/9/11,46,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Mn、Cr等金属的A<0,相邻原子间的自旋趋于反向平行排列,不能形成自发磁化区域,为反铁磁性物质.反铁磁性物质无论在什么T下,其宏观表现都是顺磁性的,磁化系数如下图示。,图4-11反铁磁性物质 与T的关系,,,,六、反铁磁性,2019/9/11,47,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-11反铁磁性物质 与T的关系,T再↓, 又↓,最后趋于定值, 取最大值的T称为奈耳点,以Tn示。 Tn表征相邻原子自旋反向排列被完全破坏的T,超过此T,反铁磁性转变为顺磁性。,在高温时很小,随T↓逐渐↑,降至某T时,升至最大值;,2019/9/11,48,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,随ε↑,um↓,Hc↑,Br在临界ε(约5%~7﹪)以前随ε↑急剧↓,而在临界ε以上随ε↑而↑;冷塑性变形不影响Ms,1.温度 T↑铁磁性的Ms↓,Bs、Br、Hc都↓ 2.形变和晶粒度 ①例如见下图,冷加工变形对工业纯铁磁性的影响,七.影响铁磁性参数的因素,饱和磁化强度Ms 饱和磁感应强度Bs 剩余磁感应强度Br 矫顽力Hc 磁导率um 形变度ε,2019/9/11,49,3.形成固溶体及多相合金 ①铁磁性金属溶入抗磁性元素或弱顺磁性元素时,固溶体的Ms随溶质组元含量的↑而↓;铁磁性金属溶入强顺磁性元素时,如溶质组元含量较低时使Ms↑,而含量高时则使Ms↓ ②在多相合金中,合金Ms是由各组成相的Ms以及它们的相对量所决定 Ms Ms1P1 Ms2P2 MsnPn 式中 Ms1、 Ms2 Msn为各组成相的Ms P1、P2 Pn为各组成相的体积百分数。,②晶粒越细, um越低, Hc越高。,七.影响铁磁性参数的因素,2019/9/11,50,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.磁化曲线和磁滞回线的测量,采用环形试样冲击法测定这两种曲线.,图4-12冲击法测磁原理图,在环形试样T上绕上线圈W1、W2.W1连接直流电源,W2串联冲击检流计组成测量回路.,八、铁磁性的测量与应用,磁化线圈W1匝数N1,产生磁化磁场; 测量线圈W2匝数N2,产生感应电动势。,磁化曲线的测量,2019/9/11,51,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当W1中通I1时,产生的H为,试样的中心周长,短时间内,磁场从0↑到定值H时,试样的磁感应强度从0↑到B,磁通量从0↑到∆Φ,将使测量回路中产生感应电动势,4-13,测量线圈电阻为R,则测量回路中的感应电流为,4-14,4-15,2019/9/11,52,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,通过检流计的电量Q为,4-16,通过检流计的电量Q与检流计上光点最大偏移格数αm成正比,即,QCbαm,式中Cb冲击检流计的冲击常数.,2019/9/11,53,1820年,奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场,一根通有Ⅰ安培(A)直流电的无限长直导线,在距导线轴长r米处产生的磁场强度H为H Ⅰ/(2πr),2019/9/11,54,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,可得,∵∆ΦBS,∴,4-17,测量时,调整I1使磁场变化在0 HS,取不同的H对应的B值作图,可得材料的磁化曲线。,,S 样品截面积,磁滞回线的测量原理与磁化曲线的相同,测量时磁场要从HS逐次↓,到达-HS后再逐次↑。,,4-18,磁滞回线的测量,2019/9/11,55,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,感应式热磁仪结构如下图示.,其结构和原理与变压器类似. 二次线圈W2由两个圈数相等,绕向相反的线圈串联而成.,图4-13 感应式热磁仪示意图 1.稳压器2.等温炉3.试样4.毫伏表,,2.用感应热磁仪法测量钢的过冷奥氏体等温转变曲线,2019/9/11,56,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当I输入W1时,W2中产生E,由于W2中E1E2,且方向相反,故回路中的E总0.,,这时,将经过奥氏体化的试样从加热炉移入等温炉,在A未转变时,二次回路中的E0,毫伏计指针不偏转.,2.用感应热磁仪法测量钢的过冷奥氏体等温转变曲线,感应电动势E 奥氏体A,2019/9/11,57,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当A转变时,其产物P或B为强铁磁性组织,相当于在线圈中增加了铁芯,使E1↑,但E2不变.回路中的E总E1-E2>0,毫伏计的指针开始偏转,A转变的量越多,毫伏计读数越高.,毫伏计的读数反映了A转变趋势,从E的变化曲线可确定A转变的开始及终了时间 .,,珠光体P 贝氏体B,2019/9/11,58,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在不同T做此实验,可得到不同T下的转变开始和终了时间,将它们连接起来,可得到A过冷等温转变曲线.其中,使毫伏计指针立即开始偏转的最高T,就是MsA→M转变点点。,,这种方法简单方便,但只能作定性的测量.,2019/9/11,59,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,仪器结构及工作原理如下图示.,图4-14 热磁仪测量部分示意图 1-灯尺 2-光源 3-弹簧4-反射镜 5-支杆 6-磁极7-试样,,3.用热磁仪测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线,2019/9/11,60,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,热磁仪由大电磁铁在磁极间产生很强的均匀磁场.测试时,试样固定于支杆的前部,位于两磁极的中间,支杆的上端和弹簧连接,弹簧固定在仪器架上.支杆上装有一个反射镜,光源发出光束由反射镜反射到光尺上。,3.用热磁仪测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线,2019/9/11,61,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,测试时,将试样吊在磁场中,与两磁头轴线成夹角Φ0≈10,这样试样在磁场中受到扭力,力矩为M1,4-20,,式中V试样的体积;H磁场强度;M磁化强度;Φ0试样与磁力线间的夹角.,在M1作用下,试样将向磁场方向转过∆Φ,弹簧要产生反力矩M2,M2C∆Φ,C 弹簧的弹性常数.,,2019/9/11,62,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,达到平衡时,M1=M2,此时的M1VHMsinΦ, ΦΦ0-∆Φ,这样可求出M,,4-21,用光尺读数测量∆Φ,∆Φ正比于光尺读数α,把式4-21 的不变量看作常数,用K表示,可写为,MKα,4-22,实际测量过程中∆Φ很小,可以认为sinΦ≈sinΦ0,2019/9/11,63,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,式4-22表明,α越大,M就越大.当H>28l04A/m时,M即为Ms,它与试样中铁磁相的数量成正比,常用α代表试样中铁磁相的数量。,测量A等温转变曲线时 若A未发生转变,则α0. 开始转变时,α随转变数量的↑而↑; 转变终了时,α达到最大值.,2019/9/11,64,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图4-16 冲击磁性仪示意图 1 试样2非磁性支架3 电磁铁的磁头 4测量线圈 5 冲击检流计6钢管,,测量时将试样沿x方向迅速投入磁极间隙或抽出.如试样存在铁磁相,测量线圈中的磁通要变化.设投入试样前测量线圈中的磁通量为Φ1,则,,冲击磁性仪结构原理如下图示.,4.用冲击法测残余奥氏体,2019/9/11,65,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Φ1 BS1,,4-23,式中B 磁感应强度;S1 测量线圈的截面积.,试样投入后,磁通量将增加到Φ2,4-24,式中S2 试样的截面积; 真空磁导率。,4.用冲击法测残余奥氏体,线圈中相当于增加了铁芯,铁磁相产生磁化,2019/9/11,66,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,试样投入前后测量线圈中磁通的变化量为,试样投入后测量线圈中的磁通从Φ1随时间变化为Φ2,由此所产生的感应电动势为,4-27,,4-25,则,,4-26,式中N 测量线圈的匝数.,2019/9/11,67,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,设测量回路电阻为R,回路的感应电流为,4-28,,通过检流计的电量Q与检流计灯尺上光点最大偏移格数am成正比,即,在时间t内流经检流计的电量为,4-30,式中Cb冲击检流计的冲击常数.,4-29,,4-31,,,,由此可得,2019/9/11,68,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,以 代替 可得,4-32,测量回路的冲击常数。,,,,冲击磁性仪的H很强,使试样达到磁饱和,所测出的M与试样中铁磁相的数量成正比。,2019/9/11,69,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,测淬火钢的A残余量时,常用相对标准试样。eg对碳钢和低合金钢可淬火后立即冷处理或淬火后再经250~300℃回火处理作为标样。,将标样投入检流计,读出检流计读数α0,再将被测样投入检流计,读数α,设A残余量为A,则,,由此可测出A残余量。,4-33,其成分和尺寸与被测试样完全相同,2019/9/11,70,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1. 自发磁化,磁各向异性,磁致伸缩,磁畴,退磁能,磁畴壁,饱和磁化强度,磁滞效应,反铁磁性物质,剩余磁感应强度,矫顽力,磁滞回线,磁滞损耗 2.简述材料的磁性及物理本质 3.材料的抗磁性来源于什么证明其是如何产生的,,四章作业,2019/9/11,71,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.材料的顺磁性来源于什么说明其是如何产生的 5.抗磁与顺磁分析的应用 1测Al-Cu合金的溶解度曲线 2研究铝合金的分解(含5﹪Cu的铝合金),,Al-Cu合金淬火和退火状态的磁化率与温度的关系,2019/9/11,72,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6.铁磁性的应用 用感应热磁仪法测量钢的过冷奥氏体等温转变曲线 用热磁仪测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线 用冲击法测残余奥氏体 7.说明铁磁性物质的自发磁化理论。 8. 分别举例说明哪种金属是抗磁性材料;哪种为顺磁性材料;哪种为铁磁性材料。,,四章作业,2019/9/11,73,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5.1 金属的热膨胀及物理本质,一 .热膨胀的概念及热膨胀系数,物体的体积或长度随温度升高而增大的现象称为热膨胀.物体的伸长和T间关系,式中L1、L2分别是Tl、T2温度试样的长度;,T1升到T2间的平均线膨胀系数,5-1,5-2,第五章膨胀分析,2019/9/11,74,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当∆T和∆L趋近于0时,得到, T温度的真线性膨胀系数。单位为K-1,5-3,第五章膨胀分析,2019/9/11,75,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固体材料的 不是常数,而随T变化,通常随T↑而↑,如下图示,图5-1 固体材料的膨胀系数与温度的关系,2019/9/11,76,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,无机非金属材料的线膨胀系数较小,约为10-5l0-6K-1,钢的线膨胀系数多在102010-6K-1范围。,2019/9/11,77,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,物体V随T的↑可表示为,为体膨胀系数,对各向同性的立方体材料, 可近似为 的3倍。,对各向异性的晶体,各晶轴方向的线膨胀系数不同,假如分别设为 、 、 ,则,忽略 二次方以上的项,得,所以,5-7,5-4,5-5,5-6,2019/9/11,78,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在晶格振动理论中,曾近似地认为质点的热振动是简谐振动,T的↑只↑振幅,不改变平衡位置,因此质点间平均距离不因T↑而改变.热量变化不改变晶体的大小和形状,也就不会有热膨胀.此结论显然是错误的。错误原因晶格振动中相邻质点间的作用力不与位移成正比.,二.热膨胀的机理,最初的热膨胀理论,2019/9/11,79,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图5-2 晶体中质点间引力-斥力曲线和位能曲线,由左图知,质点在平衡位置r0两侧受力情况不对称,合力曲线的斜率是不等的,r<r0,曲线斜率较大,斥力随位移↑得快,r>r0,斜率较小,引力随位移↑得慢些,用引力-斥力曲线解释热膨胀本质,2019/9/11,80,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图5-2 晶体中质点间引力-斥力曲线和位能曲线,在这样的受力情况下,质点振动时的平均位置就不在r0 ,要向右移动,使相邻质点间平均距离↑。T越高,振幅越大,质点在r0两侧受力不对称越显著,平衡位置向右移动得越多,相邻质点间平均距离也就↑得越多,使晶胞参数增大,晶体膨胀。,2019/9/11,81,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图5-3 晶体中质点振动非对称的示意图,Tl时,质点的振动位置在E1线的ab间变化,位能按 曲线变化。,用位能曲线的非对称性解释热膨胀本质,位置在A时(r=r0),位能最小,动能最大。在r=ra和r=rb时,动能为0,位能等于总能量。,由左图作平行横轴的平行线El、E2,它们与横轴间距离分别代表T1、T2质点振动的总能量.,2019/9/11,82,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,和 的非对称性,使平均位置不在r0处,而是rr1。T↑到T2,平均位置移到r=r2,平均位置随T的不同沿AB曲线变化,∴T愈高,平均位置移得愈远,晶体愈膨胀。,以上讨论的是导致热膨胀的主要原因.次要因素晶体中各种热缺陷造成局部晶格的畸变和膨胀,随T↑热缺陷浓度按指数关系增加,在高温时这方面的影响对某些晶体来讲也就变得重要了。,2019/9/11,83,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.化学组成、晶体结构和键强度 1)键强度高的材料, α低 2)通常结构紧密的晶体α较大,结构松散的材料,α小 3)非等轴晶系的晶体,各晶轴方向的α不等,在结构上高度各向异性的材料, α都很小。,三.影响材料热膨胀系数的因素,α膨胀系数,2019/9/11,84,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.相变、合金成分、组织、晶体结构及钢中组成相 1)材料相变时, α也变化 2)组成合金的溶质元素对合金α有明显影响。由简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体的α介于两组元α之间,且随溶质原子浓度的变化呈直线式变化。 3)多相合金的α介于各组成相α间。 4)钢的α取决于组成相特性,A的α最高。 5)钢中的合金元素形成碳化物, α↑;固溶于铁素体中, α↓。,三.影响材料热膨胀系数的因素,2019/9/11,85,等轴晶系,又称立方晶系,轴长abc,轴角αβγ90.等轴晶系的晶体大多数为立方体,有六个面,具有相同长度、宽度、高度。,2019/9/11,86,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,主要介绍测定粉末和金属材料热膨胀的几种常用方法.,1.热膨胀系数的测定,将试样装在加热炉炉管的托座上,按规定的升温速率加热试样到试验最终温度 通过放大倍率10倍以上的望远镜直读,以及位移传感器或千分表测量试样加热过程的线膨胀变化.按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀率,

    注意事项

    本文(材料物理性能四、五、六章.ppt)为本站会员(j35w19)主动上传,微传网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知微传网(发送邮件至changjinlai@126.com或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

    温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。




    微传网是一个办公文档、学习资料下载的在线文档分享平台!

    网站资源均来自网络,如有侵权,请联系客服删除!

     网站客服QQ:80879498  会员QQ群:727456886

    copyright@ 2018-2028 微传网络工作室版权所有

         经营许可证编号:冀ICP备18006529号-1 ,公安局备案号:13028102000124

    收起
    展开