Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой
Между прочностными, пластическими, вязкими свойствами низкоуглеродистых и низколегированных сталей и коэрцитивной силы (КС) существует значимая корреляция, главную роль в которой играет размер зерна феррита. Предложен вариант интерпретации зависимости КС поликристаллических ферромагнетиков от размер...
Gespeichert in:
Datum: | 2010 |
---|---|
1. Verfasser: | |
Format: | Artikel |
Sprache: | Russian |
Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
Schriftenreihe: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
Schlagworte: | |
Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102533 |
Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
Zitieren: | Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой / Г.В. Бида // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 40-45. — Бібліогр.: 55 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-102533 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-1025332016-06-13T03:04:01Z Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой Бида, Г.В. Научно-технический раздел Между прочностными, пластическими, вязкими свойствами низкоуглеродистых и низколегированных сталей и коэрцитивной силы (КС) существует значимая корреляция, главную роль в которой играет размер зерна феррита. Предложен вариант интерпретации зависимости КС поликристаллических ферромагнетиков от размера зерна, суть которого состоит в том, что влияние собственно размера зерна на величину КС таких ферромагнетиков ничтожно мало. Он влияет на КС опосредованно через зависящие от него параметры доменной структуры. Измельчение зерна обусловливает увеличение числа доменов и, следовательно, числа доменных границ (ДГ) в поликристалле, а это влечет изменение характера распределения и увеличение плотности дефектов внутренней структуры в объеме смещающихся через зерна единичных ДГ (или «суммарной» ДГ), что приводит к увеличению КС поликристалла. There exists a significant correlation between the strength, ductility, and toughness properties of low-carbon and low-alloyed steels and coercive force (CF), in which ferrite grain has the main role. A variant of interpretation of the dependence of polycrystalline ferromagnetic CF is proposed, the essence of which consists in that the influence of grain size proper n the value of CF of such ferromagnetics is negligibly small. It influences the FC indirectly through the domain structure parameters, dependent on it. Grain refinement causes an increase of the number of domains, and, therefore, number of domain boundaries (DB) in the polycrystal, and this leads to a change of the nature of distribution and increase of the density of internal structure defects in the volume of individual DB (or "summary" DB) shifting through the grains, thus resulting in an increase of polycrystal CF. 2010 Article Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой / Г.В. Бида // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 40-45. — Бібліогр.: 55 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102533 537.622 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
collection |
DSpace DC |
language |
Russian |
topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Бида, Г.В. Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
description |
Между прочностными, пластическими, вязкими свойствами низкоуглеродистых и низколегированных сталей и коэрцитивной силы (КС) существует значимая корреляция, главную роль в которой играет размер зерна феррита. Предложен вариант интерпретации зависимости КС поликристаллических ферромагнетиков от размера зерна, суть которого состоит в том, что влияние собственно размера зерна на величину КС таких ферромагнетиков ничтожно мало. Он влияет на КС опосредованно через зависящие от него параметры доменной структуры. Измельчение зерна обусловливает увеличение числа доменов и, следовательно, числа доменных границ (ДГ) в поликристалле, а это влечет изменение характера распределения и увеличение плотности дефектов внутренней структуры в объеме смещающихся через зерна единичных ДГ (или «суммарной» ДГ), что приводит к увеличению КС поликристалла. |
format |
Article |
author |
Бида, Г.В. |
author_facet |
Бида, Г.В. |
author_sort |
Бида, Г.В. |
title |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
title_short |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
title_full |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
title_fullStr |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
title_full_unstemmed |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
title_sort |
размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой |
publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
publishDate |
2010 |
topic_facet |
Научно-технический раздел |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102533 |
citation_txt |
Размер зерна и корреляция прочностных, пластических и вязких свойств с коэрцитивной силой сталей с феррито-перлитной структурой / Г.В. Бида // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 40-45. — Бібліогр.: 55 назв. — рос. |
series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
work_keys_str_mv |
AT bidagv razmerzernaikorrelâciâpročnostnyhplastičeskihivâzkihsvojstvskoércitivnojsilojstalejsferritoperlitnojstrukturoj |
first_indexed |
2025-07-07T12:27:53Z |
last_indexed |
2025-07-07T12:27:53Z |
_version_ |
1836991144330788864 |
fulltext |
УДК 537.622
РАЗМЕР ЗЕРНА И КОРРЕЛЯЦИЯ ПРОЧНОСТНЫХ,
ПЛАСТИЧЕСКИХ И ВЯЗКИХ СВОЙСТВ С КОЭРЦИТИВНОЙ
СИЛОЙ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ
Г. В. БИДА
Между прочностными, пластическими, вязкими свойствами низкоуглеродистых и низколегированных сталей и ко-
эрцитивной силы (КС) существует значимая корреляция, главную роль в которой играет размер зерна феррита.
Предложен вариант интерпретации зависимости КС поликристаллических ферромагнетиков от размера зерна,
суть которого состоит в том, что влияние собственно размера зерна на величину КС таких ферромагнетиков
ничтожно мало. Он влияет на КС опосредованно через зависящие от него параметры доменной структуры. Из-
мельчение зерна обусловливает увеличение числа доменов и, следовательно, числа доменных границ (ДГ) в полик-
ристалле, а это влечет изменение характера распределения и увеличение плотности дефектов внутренней структуры
в объеме смещающихся через зерна единичных ДГ (или «суммарной» ДГ), что приводит к увеличению КС полик-
ристалла.
There exists a significant correlation between the strength, ductility, and toughness properties of low-carbon and low-alloyed
steels and coercive force (CF), in which ferrite grain has the main role. A variant of interpretation of the dependence of
polycrystalline ferromagnetic CF is proposed, the essence of which consists in that the influence of grain size proper on
the value of CF of such ferromagnetics is negligibly small. It influences the FC indirectly through the domain structure
parameters, dependent on it. Grain refinement causes an increase of the number of domains, and, therefore, number of
domain boundaries (DB) in the polycrystal, and this leads to a change of the nature of distribution and increase of the
density of internal structure defects in the volume of individual DB (or "summary" DB) shifting through the grains, thus
resulting in an increase of polycrystal CF.
При формировании уровня механических, вязких
и хладостойких свойств низкоуглеродистых и низ-
колегированных сталей в горячекатаном состо-
янии размер ферритного зерна играет одну из глав-
нейших ролей. Металлурги в первую очередь
стремятся получить мелкое зерно при оптималь-
ном сочетании других структурных факторов
[1, 2]. Существует известное соотношение Петча-
Холла-Лоу [3–5], с помощью которого описыва-
ется зависимость нижнего предела текучести σт
от обратной величины квадратного корня из ди-
аметра полиэдрического зерна dз. То же можно
сказать о напряжении хрупкого разрушения σf:
σт = σ0 + kydз
–1/2, σf = kfdз
–1/2, (1)
где σо — напряжение решеточного трения; ky, kf
— коэффициенты, зависящие от вида стали и ус-
ловий деформирования (kf > ky ).
От размера зерна зависит и критическая тем-
пература хрупкости (порог хладноломкости) Tк
сталей. Найдены эмпирические соотношения
между Tк и dз, между Tк и dз
∗ [6]:
Tк = T0 + k ln dз
–1/2, Tк = D ln dз
∗1/2, (2)
где D — константа; k < 0; dз
∗ — размер зерна,
при котором напряжение разрушения равно пре-
делу текучести.
Мелкое зерно обеспечивает бoльшую площадь
суммарной межзеренной границы, что при одной
и той же загрязненности металла способствует
меньшей доле примесей на единицу этой площади
и меньшему охрупчиванию металла, особенно при
низких температурах.
Коэрцитивная сила широко применяется для
неразрушающего контроля (НК) прочностных,
пластических и вязких свойств стального проката
[7–10] (рис. 1). Она линейно возрастает при уве-
личении прочностных свойств и убывает при уве-
личении пластичности. Параллельно линиям рег-
рессии на расстоянии удвоенных (при доверитель-
ной вероятности 0,95) средних квадратических
отклонений 2Sy эксперементальных точек на
рисунке показаны нижние доверительные гра-
ницы (НДГ) таких отклонений. Параллельно оси
абсцисс пунктиром обозначены нижние границы
соответствия (НГС) прочносных и пластических
свойств листов требованиям упомянутых выше
нормативных документов. Точки пересечения
пунктирных линий с НДГ определяют дове-
рительный интервал ДИ2 показаний коэцити-
метра, в пределах которого с доверительной ве-
роятностью 0,95 можно контролировать механи-
ческие свойства листов. Доверительный интервал
ДИ1 определен с учетом верхней границы соот-
вецтвия ГОСТу для временного сопротивления
при разрыве σв. Ударная вязкость с КС связана
нелинейно (рис. 2). При температурах, существен-
но выше порога хладноломкости, ее корреляция© Г. В. Бида, 2010
40 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
с КС аналогична корреляции пластичных свойств.
С приближением к порогу хладноломкости умень-
шение ударной вязкости сопровождается умень-
шением КС, в чем немаловажную роль играет по-
хожая на (1) и (2) ее зависимость Hс ~1/dз от раз-
мера зерна. Физические и математические модели,
объясняющие зависимости механических, вязких
и хладостойких свойств от размера зерна, разра-
ботаны достаточно полно. Вместе с тем матема-
тические модели, адекватно описывающие такую
зависимость КС как для железа и сталей c фер-
ритной или феррито-перлитной структурой, так и
других ферромагнитных поликристаллических
материалов, разработаны меньше.
Классические модели магнитного гистерезиса,
предложенные в работах [11–14], [15–20], [21–24]
и учитывающие взаимодействие единичной до-
менной границы с единичным дефектом, не опи-
сывают зависимости коэрцитивной силы Hс от
размера зерна dз в поликристаллических ферро-
магнетиках. Вместе с тем, многочисленные экс-
периментальные результаты подтверждают такую
зависимость [25–36].
Рассмотрим имеющиеся работы по данному
вопросу.
В работе [25] объясняют зависимость магнит-
ных свойств ( в том числе КС поликристаллов)
от размера зерна тем, что периферийная часть зе-
рен имеет искаженную кристаллическую решетку
и Hс там выше, чем в теле зерна. При мелких зер-
нах «удельный вес» искаженных зон существен-
ный, что приводит к росту Hс, а при больших раз-
мерах — незначителен по сравнению с неиска-
женной частью зерна и они меньше влияют на
магнитные свойства и, следовательно, на КС по-
ликристалла.
Ширина типичной большеугловой межкрис-
таллитной границы составляет несколько атом-
ных порядков [37]. Искажения приграничных зон
в зернах однофазных поликристаллов представ-
ляют собой скопления дислокаций и также не сос-
тавляют значительной доли в объеме зерна. По-
этому приведенный выше механизм влияния раз-
меров зерен на КС через искажения приграничных
зон в зерне имеет место, главным образом, у мел-
козернистого металла.
Расчетный вариант зависимости Hс от dз пред-
ложен в работе [31]. При этом использовано извес-
тное выражение Доринга для поля старта [28, 29]:
Hcз =
3 πγ180
4 MS dзар
, (3)
где γ180 — плотность поверхностной энергии 180-
градусной доменной границы (ДГ); Ms — намаг-
ниченность насыщения; dзар — диаметр зародыша.
Рис. 1. Корреляция между механическими свойствами σв, σт,
δ5, КСU20) и показаниями коэрцитиметра Iрс для листов из
стали 20
Рис. 2. Корреляционные связи с показаниями коэрцитиметра
ударной вязкости стали Ст3сп, определенной при температу-
рах: 1 — T = +20; 2 — –20; 3 — –40; 4 — –60°С ( ВДГ, НДГ
и НГС те же, что и на рис 1)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010 41
В работе принято, что сильно удлиненные заро-
дыши перемагничивания возникают на границах
зерен и далее растут. При этом у каждой границы
зерна возникает только один домен с обратной
намагниченностью. Когда домен достигает разме-
ра зерна, происходит перемагничивание поликрис-
талла, поэтому в выражении (3) для Hc он отож-
дествил размер зародыша dзар, способного к
дальнейшему росту, с диаметром зерна (dзар ≅ dз).
При распределении намагниченности в зернах по
всем пространственным направлениям формула
(3) примет вид [31]:
Hc = 32
3 π γ180
4 Ms dз
,
(4)
и при γ180 ≈ 1,5 эрг/см2 и Ms = 1700 Гс для железа
было получено выражение:
Hс = 3,1⋅10–3dз
−1 (см–1), (5)
связывающее КС с размером зерна и качественно
подтверждающее экспериментальные данные.
В работе [37] полагают, что сопротивление
смещению ДГ в сферическом зерне обусловлено
увеличением поверхностного натяжения при ее
растущей площади. ДГ, пересекающая центр сфе-
ры, отличается максимальной площадью при ми-
нимальной полной энергии системы: приложен-
ное поле — поверхностное натяжение ДГ. Соп-
ротивление смещению ДГ могут оказывать также
магнитные полюсы, возникающие по обе стороны
границы зерна.
Расчет [37] полностью повторяет методику вы-
числения Hс при задержке ДГ крупным неферро-
магнитным включением сферической формы [17,
46]. Здесь также учитывается, что при смещении
ДГ изменяется площадь ее поверхности и, следо-
вательно, поверхностное натяжение. Разница сос-
тоит в том, что при смещении через сферическое
образование — неферромагнитное включение —
площадь ДГ изменяется «изнутри», а при сме-
щении в теле зерна ее площадь изменяется «сна-
ружи». Таким образом, в обоих случаях вычис-
ляют максимальное магнитное поле, необходимое
для смешения ДГ от центра сферы (минимум
энергии) до ее периферии (максимум энергии).
При этом в [37] пренебрегают магнитостатичес-
кой энергией, что, по мнению авторов, оправдано
окружением рассматриваемого зерна тем же ма-
териалом с той же намагниченностью насыщения.
Здесь предлагается еще одна трактовка обрат-
ной зависимости Hс от размера зерна, учитываю-
щая влияние на эту зависимость внутренней
структуры зерна. При этом отметим, что наши
рассуждения относятся к реально встречающимся
размерам зерен у низкоуглеродистых и низколеги-
рованных сталей в горячекатаном или нормализо-
ванном состояниях. Обычно реальный размах бал-
лов по ГОСТ 5639–82 от 9 до 5, что соответствует
изменению dз от примерно 0,015 до 0,06 мм. На-
помним также, что для железа ширина магнитного
домена Lz ~ 10–3мм, а толщина 180-градусной ДГ
δ180 ~ 10–5мм [39, 40, 45].
В статистических моделях магнитного гисте-
резиса [39–49] предполагается, что величина Hс
магнитомягких материалов формируется не за
счет трудности зарождения доменов с обратной
намагниченностью, а за счет задержки необрати-
мого смещения 180-градусных ДГ локальными
скоплениями1 в теле границы дефектов кристал-
лического строения (ДКС) — флуктуациями чис-
ла неферромагнитных включений (НВ), числа и
объемов локальных напряженных областей, нап-
ряжений, обусловленных краевыми и винтовыми
дислокациями и др. [40–49]) вследствие их ста-
тистического распределения в кристалле. Равно-
мерно (но нерегулярно) распределенные в теле
кристалла дефекты междоменную границу не за-
держивают, поскольку в любом положении она
пересекает практически одно и то же их количес-
тво. Задержку смещения оказывают также полю-
сы, возникающие на границах НВ.
Приведем обобщенную формулу для КС [46]:
Hc ≈
(lnq)
1⁄2
√⎯⎯2 M c(Lx Ly)
1⁄2 cosϕ
×
× [ ( 5,78 α в γ180
2 + 15,36 Ms
2αв
dв
7
δ180
5 )
1⁄2 +
+ 0,6|λ| Gb(ld δ180 r)
1⁄2].
(6)
Здесь dв, αв — средний диаметр и объемная кон-
центрация неферромагнитных включений; ϕ —
угол между магнитным полем и намагничен-
ностью в домене; G, b — модуль упругости и мо-
дуль вектора Бюргерса; ld — элемент длины дис-
локации, параллельный плоскости ДГ; |λ| —
константа изотропной магнитострикции (она ха-
рактерна для поликристаллических материалов и
ее можно оценить из выражения |λ|= 0,2(2λ<100>+
+3λ<111>), где λ[100], λ[111] — константы магнитос-
трикции в кристаллографических направлениях
<100> и <111> [46, 51]).
Поскольку в расчетной модели домены имеют
форму параллелепипедов со сторонами Lx, Ly, Lz,
а при перемагничивании ДГ смещается в направ-
лении ±z, произведение Lx, Ly = Sσ является пло-
щадью поверхности ДГ.
В выражении (6) первая сумма в квадратных
скобках отражает общее влияние на Hc неферро-
1Под «скоплениями» подразумевается флуктуация числа дефек-
тов в пределах всего объема ДГ, а не локальное скопление по типу
облаков Коттрела [50].
42 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
магнитных включений (увеличения поверхност-
ного натяжения ДГ при ее срыве с включения —
первое слагаемое, плюс роль магнитных полюсов
на поверхности включения, также задерживаю-
щих ДГ — второе), третье слагаемое определяет
влияние напряжений, обусловленных дислокаци-
ями плотностью r. Из него и работ [40–49] сле-
дует, что КС Hс кристалла независимо от вида
дефектов и формы их взаимодействия с ДГ об-
ратно пропорциональна корню квадратному из
средней площади2 ДГ Hc ~ 1 ⁄ √⎯⎯⎯⎯⎯Lx Ly = 1 ⁄√⎯⎯⎯S δ .
Рассмотрим поликристаллический материал и
ответим на вопрос, что есть корень квадратный
из площади ДГ для такого материала.
Автор работы [52] предложил, что если поли-
эдрические кристаллиты (зерна поликристалла)
ориентированы хаотически и при этом направле-
ния осей легкого намагничивания смежных зерен
образуют достаточно большие углы, то тогда каж-
дый кристаллит будет вести себя как монокристалл,
изолированный от соседних кристаллитов. Он будет
делиться на плоскопараллельные домены.
На рис. 3, а схематически показано сечение
полиэдрического зерна. Площади, перпендику-
лярные плоскости рисунка, и соответствующие
изображенным на нем вертикальным линиям, есть
площади ДГ, поэтому можно сказать, что корень
из средней площади ДГ S
_
δ
−1⁄2 пропорционален
среднему размеру зерна dз. Тогда при усреднении
площади ДГ Sδ и размера зерен dз по всему по-
ликристаллу из (4) и работ [38–47] можно также
получить экспериментальную зависимость
Hc~ S
_
δ
−1⁄2 ~ d
_
з
−1. На рис. 3, б показан один из ва-
риантов перехода ДГ в соседнее зерно в случае
двух доменов в зерне.
По аналогии с работой [30] уточним вычис-
ленную по (6) численную зависимость Hc(d
_
з) для
железа. Имеющиеся расчеты [40–49] не учитыва-
ют варианты чистого (бездефектного) кристалла,
поскольку в этом случае Hc ≅ 0. Поэтому оценим
количественную связь Hc(dз) для отожженного же-
леза, используя известный из литературы [39, 51]
факт, что для него минимальная плотность дис-
локаций r = 108см–2. При αв = 0, Ms = 1710 Гс,
δ180 = 650⋅10–8см, |λ| = 7⋅10–6, b = 2,9⋅10–8см, G =
= 21⋅1011дин/см2 [32], Lz = 10–3см, cosϕ = 0,834
[38, 41, 45, 53, 54]:
Hc [Э] = 0,000065 d
_
з
−1 [см−1]. (7)
Из выражения (6), полученного при учете ми-
нимальной плотности дислокаций в отожженном
железе и при отсутствии неферромагнитных
включений следует, что коэффициент при d
_
з край-
не мал. Поскольку задерживать смещение ДГ мо-
гут лишь дефекты, находящиеся в основном в теле
зерна, следовательно, размер зерна непосредс-
твенно на КС поликристалла не влияет. Но из эк-
спериментов известно, что зависимость Hс от d
_
з зна-
чительная (особенно при d
_
з < 0,5мм [25–34]). Сле-
довательно, размер зерна влияет на КС поликрис-
талла опосредованно. Каким образом?
Согласно работам [52, 54] ширина магнитного
домена Lz (расстояния между линиями на рис. 1)
связана с размером кристалла зависимостями, ко-
торые для трехосного кристалла c положительной
константой анизотропии и для одноосного крис-
талла имеют вид
Lz ~ L0
1⁄2 . (8)
Из выражения (8), полученного для крупных мо-
нокристаллов, следует, что ширина домена пропор-
циональна корню квадратному из размера монок-
ристалла, или (согласно работе [52]) того образо-
вания, которое делится на домены — размера зерна:
Lz ~ (L0)
1/2 ~ (dз)
1/2. (9)
Поскольку для плоскопараллельных доменов
их число в зерне обратно пропорционально ши-
рине домена, то из выражения (9) следует, что
число доменов, а следовательно, и число ДГ в зер-
не обратно пропорционально корню квадратному
из его диаметра: чем мельче зерно, тем больше
в поликристалле зерен и ДГ.
Отметим следующий факт: чем больше коли-
чество ДГ в зернах, тем больше площадь условной
«суммарной» границы SΔ (просуммированной по
всем ДГ в зерне и по всем зернам в поликрис-
талле), тем больше ДКС встречает она при сме-
щении3. При одной и той же объемной концент-
рации дефектов их плотность в «суммарной» гра-
нице мелкозернистого поликристалла выше, чем
у крупнозернистого. Если ДКС в поликристалле
распределены хаотически, то флуктуации их чис-
ла сильнее будут влиять на «суммарную» ДГ. А
это приводит к большей задержке участков суммар-
2Как видно из сказанного, данный факт установлен в работах
[40–49] давно, но авторы не обратили на него внимания.
3Полагаем, что в области КС смещаются практически все грани-
цы в поликристалле.
Рис. 3. Схематическое изображение разбиения кристаллита
(зерна) на магнитные домены (а) и схема соприкасающихся
трех полиэдрических зерен, содержащих по два домена (б)
(пунктиром изображена ДГ)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010 43
ной границы ДКС и повышению КС поликрис-
талла.
Тело зерна — это матрица, в которой проис-
ходят все процессы намагничивания и перемагни-
чивания ферромагнетика. В реальных условиях
оно не бывает абсолютно бездефектным и смеще-
ние ДГ при перемагничивании задерживают нахо-
дящиеся именно в нем ДКС. Если диаметр зерна
во много раз превосходит размер однодоменности,
то измельчение зерна приводит к увеличению чис-
ла доменов, а, значит, числа ДГ в поликристалле
и, следовательно, к повышению вероятности
встречи ДГ как с конкретными дефектами, так и
их «скоплениями».
Выводы
Размер зерна влияет на процессы перемагничива-
ния и КС опосредованно — через общую плот-
ность дефектов в теле как единичных, так и «сум-
марной» междоменной границы ДГ. Другими сло-
вами, от размеров зерна зависит плотность дефек-
тов, пересекаемых «суммарной» границей и в ко-
нечном итоге определяющая КС поликристалла.
При этом на КС влияет увеличение поверхностно-
го натяжения за счет изменяющейся площади при
прохождении через тело зерна и возможным появ-
лением магнитных зарядов на границах соседних
зерен.
1. Лейкин И. М., Литвиненко Д. А., Рудченко А. В. Произ-
водство и свойства низколегированных сталей. — М.:
Металлургия, 1972. — 256 с.
2. Пиккеринг Ф. Б. Физическое металловедение и разработ-
ка сталей. — М.: Металлургия, 1982. — 184 с.
3. Petch N. J. The cleavage strength of polycrystals // J. Iron
Steel In-te. — 1953. — 174. — P. 25–44.
4. Hall E. O. The deformation and ageing of mild steel: III-dis-
cussions of results // Proc. Phys. Soc. — 1951. — 64-B. —
P. 747–759.
5. Low J. R. In: Relation of properties to microstructure. Cleve-
land: ASM, 1954. — P. 163–178.
6. Норман С. Столофф. Влияние легирования на характе-
ристики разрушения / Разрушение. — Т.6. — М.: Метал-
лургия, 1976. — С. 11–89.
7. Бида Г. В., Горкунов Э. С., Шевнин В. М. Магнитный
контроль механических свойств проката. — Екатерин-
бург: УрО РАН, 2002. — 252 с.
8. Бида Г. В., Камардин В. М. Неразрушающий контроль
вязких свойств проката // Дефектоскопия. — 1991. —
№ 7. — С. 10–21.
9. Бида Г. В. Неразрушающий контроль механических
свойств стального проката (Обзор). I. Контроль прочнос-
тных и пластических свойств // Там же. — 2005. №5.—
С. 39–53.
10. Бида Г. В. Неразрушающий контроль механических
свойств стального проката (Обзор). 2. Контроль вязких
свойств // Там же. — 2005. — № 5. — С. 54–76.
11. Kersten M., Gottschalt P. Einige Versuche uber den Einfluss
von Eigenspannungen auf Koerzitivkraft und kritische Fel-
dstarke der Barkhausensprunge // Zs. f. techn. Phys. —
1940. — № 12. — P. 345–352.
12. Kersten M. Grundlagen einer Theorie der ferromagnetischen
Hysterese und der Koerzitivkraft. Leipzig: Verlag Hirzel,
1943. — 56 s.
13. Kersten M. Zur Theorie der ferromagnetischen Hysterese
und Anfangspermeablitat // Phys. Zs. — 1943. — № 3/4. —
S. 63–67.
14. Kersten M. Uber die Bedeutung der Versetzungsdichte fur
die Theorie der Koerzitivkraft rekristallisierter Werkstoffe //
Zs. f. angev. Phys. — 1956. — 8, № 10. — S. 497–502.
15. Кондорский Е. И. К вопросу о природе КС и необрати-
мых изменений при намагничивании // ЖЭТФ. — 1937.
— № 9-10. — С. 1117–1131.
16. Кондорский Е. И. О гистерезисе ферромагнетиков // Там
же. — 1940. — № 10. — С. 420–440.
17. Кондорский Е. И. К вопросу о теории КС сталей // Там
же. — 1948. — 63, № 6. — С. 507–510.
18. Кондорский Е. И. К теории КС мягких сталей // Там же.
— 1949. — 63, № 1. — С. 37–40.
19. Кондорский Е. И. К теории КС и магнитной восприим-
чивости ферромагнитных порошков (в зависимости от
плотности упаковки) // Там же. — 1951. — 80, № 2. —
С. 197–200.
20. Кондорский Е. И. Природа высокой КС мелкодисперс-
ных ферромагнетиков в теории доменной структуры //
Изв. АН СССР. Сер. физика. — 1952. — 16, № 4. —
С. 398–411.
21. Neel L. Effect des cavites et des inclusions sur le champ co-
ercitif // Cahiers de Physique. — 1944. — № 25. — P. 21–
44. (Пер. в кн.: Физика магнитных областей / Под ред. С.
В. Вонсовского. — М.: Иностр. лит., 1951. — С. 215–
239).
22. Neel L. Bases d’une nouvele theorie generale du champ co-
ercitif // Ann. Univ. Grenoble. — 1947. — 22. — P. 299–
343.
23. Neel L. Magnetisme, le camp coercitif d’une roudre ferro-
magnetique cubique a grain anisotropies // Comptes Rendus.
— 1947. — 224. — P. 1550–1560.
24. Neel L. Nouvelle theorie du champ coercitif // Physica. —
1949. — 15, № 1-2. — P. 225–234.
25. Yensen T. D. Magnetic properties of the ternery alloys Fe–
Si–C // TAJEE. — 1924. — 43. — P. 145–151.
26. Yensen T. D., Ziegler N. A. Magnetic properties of iron as af-
fected by carbon, oxyden and grain size // TASM. — 1935.
— 23. — P. 556–576.
27. Dahl O., Pawlek F., Pfaffenberger J. Die magnetischen
Eigenschaften elektrolitisch erzeugter Eisenbleche (Abhan-
gigkeit von Korngrosse, Blechdicke und Arsenzusatz). —
Archiv f. d. Eisenhuttenwesen, 1935. — P. 103–112.
28. Becker R., Doring W. Ferromagnetismus. — Berlin: Sprin-
ger Verlag, 1939. — P. 339–357.
29. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. — М.; Л.:
Гостехиздат, 1948. — 816 с.
30. Sizoo G. J. Uber dem Zusammengang zwischen Korngrosse
und magnetischen Eigenschaften bei rein Eisen // Zs. f. Phys.
— 1948. — № 13. — P. 557–562.
31. Mager A. Uber den Einfluss der Korngrosse auf die Koerzi-
tivkraft // Ann. d. Phys. — 1952. — 11 № 1. — P. 15–16.
32. Гудинаф Дж. Теория возникновения областей самопро-
извольной намагниченности и КС в поликристалличес-
ких ферромагнетиках // Сб. Магнитная структура ферро-
магнетиков. — М.: Иностр. лит., 1959. — С. 19–57.
33. Подвойский Л.Н., Паисов А. И. Применение математи-
ческой статистики для оценки КС от величины зерна //
Завод. лаб. — 1959. — № 6. — С. 753–756.
34. Жетвин Н.И., Тунков В. П., Перцев М. А. Технически
чистое железо. — М.: Металлургиздат, 1962. — 199 с.
35. Производство низкоуглеродистого железа / Р. Б. Гутнов,
Б. Н. Сухотин, И. Я. Сокол и др. — М.: Металлургия,
1973. — 376 с.
36. Kneller E. Fine particle theory. In: Magnetism and Metallur-
gy. — New York and London: Academic Press, 1969. —
S. 365–471.
37. High-voltage Lorentz electron microscopy studies of domain
structures and magnetization processes in pearlitic steels / M.
G. Hetherington, J. P. Jakubovics, J. A. Szpunar, B. K. Tan-
ner // Philosophical Magasine B. — 1987. — 56, № 5. —
P. 561–577.
38. Ван Флек Л. Х. Микроструктура // Физическое металло-
ведение,. Вып. 2 / Под ред. Р. Канна. — М.: Мир, 1968.
— С. 402–437.
39. Knеller E. Ferromagnetismus. — Berlin, Gottingen, Heidel-
berg: Springer-Verlag, 1962. — 792 s.
40. Dijkstra L. I., Wert S. Effekt of Inclusion of Coerzitive Force
of Iron // Phys. Rev. — 1950. — 79, № 6. — P. 979–985.
44 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
41. Вицена Ф. По поводу связи КС ферромагнетиков с внут-
ренними напряжениями // Чехосл. физ. журн. — 1954. —
№ 4. — С. 419–438.
42. Вицена Ф. О влиянии дислокаций на КС ферромагнети-
ков // Там же. — 1955. — № 4. — С. 480–501.
43. Malek Z. Die Abhangigkeit der Koerzitivkraft von der plas-
tischen Deformation // Czech. J. of Physics. — 1957. — 7,
№ 2. — P. 152–168.
44. Malek Z. A study of the Influence of Dislokations on Some
of the Magnetic Properties of Permalloy alloy // Ibid. —
1959. — № 9. — S. 613–626.
45. Kroupa F., Malek Z. Der Einfluss der plastischen Verfor-
mung durch Kaltwalzen auf die Koerzitivkraft // Ibid. —
1959. — № 9. — S. 627–637.
46. Trauble H. Magnetisirungskurve und magnetische Hysterese
ferromagnetischer Einkristalle // In Moderne Probleme der
Metallphysik, 2, Springer-Verlag / Ed. A. Seeger. — Berlin-
Heidelberg-New York, 1996. — S. 157–475.
47. Pfeffer K.-H. Mikromagnetische Behandlung zwischen Ver-
sttzungen und Blochwanden // Phys. Stat. Sol. — 1967. —
20, № 1. — S. 395–411.
48. Pfeffer K.-H. Mikromagnetische Behandlung zwischen Ver-
sttzungen und Blochwanden // Ibid. — 1967. — 21, № 2. —
S. 837–856.
49. Pfeffer K.-H. Zur Theorie der Koerzitivfeldstarke und An-
fangssuszeptiblitaut // Ibid. — 1967. — 21, № 2. — S. 857–
872.
50. Кульман-Вилсдорф Д. Дислокации // Физическое метал-
ловедение. — Вып. 3. — М.: Мир, 1968. — С. 9–84.
51. Шульце Г. Металлофизика. — М.: Мир, 1971. — 503 с.
52. Киттель Ч. Физическая теория ферромагнитных облас-
тей самопроизвольной намагниченности // Физика маг-
нитных областей / Под ред. С. В. Вонсовского. — М.:
Иностр. лит., 1951. — С. 20–116.
53. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов.
— М.: Металлургия, 1974. — 400 с.
54. Бозорт Р. Ферромагнетизм. — М.: ИИЛ, 1956. — 784 с.
55. Канн Р. У. Возврат и рекристаллизация // Физическое
металловедение. — Вып. 3 / Под ред. Р. Канна. — М.:
Мир, 1965. — С. 371–442.
Ин-т физики металлов УрОРАН,
Екатеринбург
Поступила в редакцию
16.02.2010
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010 45
|