О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках

В рамках экситонной модели ядра дислокации рассмотрено влияние импульсного магнитного поля на движение дислокационной петли и перераспределение дислокаций в ферромагнетиках. Показано, что определяющим фактором в этом влиянии является градиент поля в пределах стенок магнитных доменов. Найдены порядки...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Абрамов, В.С., Бусов, В.Л.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2007
Schriftenreihe:	Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70388
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:	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках / В.С. Абрамов, В.Л. Бусов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 4. — С. 80-85. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70388
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-703882014-11-05T03:01:44Z О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках Абрамов, В.С. Бусов, В.Л. В рамках экситонной модели ядра дислокации рассмотрено влияние импульсного магнитного поля на движение дислокационной петли и перераспределение дислокаций в ферромагнетиках. Показано, что определяющим фактором в этом влиянии является градиент поля в пределах стенок магнитных доменов. Найдены порядки величин амплитуды поля в импульсе, при которых начинается пластическая деформация. Получена качественная зависимость средней пластической деформации Epl от подвижности магнитной стенки домена. Отмечено, что вследствие осциллирующего характера зависимости скорости стенки от амплитуды приложенного поля весь диапазон значений Epl(Ha) можно разбить на чередующиеся полосы повышенной и пониженной деформации, что не противоречит экспериментальным данным. The influence of magnetic field pulse on motion of dislocation loop and redistribution of dislocations has been considered within exciton model of dislocation nucleus. It is shown that gradient of the field within magnetic bubble domain walls is a determinative factor for this influence. The orders of magnitudes for field amplitude in the pulse have been determined with which the plastic deformation begins. Qualitative dependence of average plastic deformation Epl on magnetic wall mobility has been obtained. It is noted that the whole of the interval of Epl(Ha) magnitudes can be divided into interchanging bands of increased and decreased deformation due to oscillatory amplitude dependence of wall speed that does not contradict the experimental data. 2007 Article О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках / В.С. Абрамов, В.Л. Бусов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 4. — С. 80-85. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe, 62.80.tf http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70388 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В рамках экситонной модели ядра дислокации рассмотрено влияние импульсного магнитного поля на движение дислокационной петли и перераспределение дислокаций в ферромагнетиках. Показано, что определяющим фактором в этом влиянии является градиент поля в пределах стенок магнитных доменов. Найдены порядки величин амплитуды поля в импульсе, при которых начинается пластическая деформация. Получена качественная зависимость средней пластической деформации Epl от подвижности магнитной стенки домена. Отмечено, что вследствие осциллирующего характера зависимости скорости стенки от амплитуды приложенного поля весь диапазон значений Epl(Ha) можно разбить на чередующиеся полосы повышенной и пониженной деформации, что не противоречит экспериментальным данным.
format	Article
author	Абрамов, В.С. Бусов, В.Л.
spellingShingle	Абрамов, В.С. Бусов, В.Л. О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках Физика и техника высоких давлений
author_facet	Абрамов, В.С. Бусов, В.Л.
author_sort	Абрамов, В.С.
title	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
title_short	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
title_full	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
title_fullStr	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
title_full_unstemmed	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
title_sort	о влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2007
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70388
citation_txt	О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках / В.С. Абрамов, В.Л. Бусов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 4. — С. 80-85. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT abramovvs ovliâniiimpulʹsnogomagnitnogopolânaplastičeskuûdeformaciûvferromagnetikah AT busovvl ovliâniiimpulʹsnogomagnitnogopolânaplastičeskuûdeformaciûvferromagnetikah
first_indexed	2025-07-05T19:38:53Z
last_indexed	2025-07-05T19:38:53Z
_version_	1836837066409771008
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 80 PACS: 62.20.Fe, 62.80.tf В.С. Абрамов1, В.Л. Бусов2 О ВЛИЯНИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ В ФЕРРОМАГНЕТИКАХ 1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина 2Донбасская государственная машиностроительная академия ул. Шкадинова, 72, г. Краматорск, 84313, Украина Статья поступила в редакцию 14 сентября 2006 года В рамках экситонной модели ядра дислокации рассмотрено влияние импульсного магнитного поля на движение дислокационной петли и перераспределение дисло- каций в ферромагнетиках. Показано, что определяющим фактором в этом влия- нии является градиент поля в пределах стенок магнитных доменов. Найдены по- рядки величин амплитуды поля в импульсе, при которых начинается пластическая деформация. Получена качественная зависимость средней пластической деформа- ции Epl от подвижности магнитной стенки домена. Отмечено, что вследствие осциллирующего характера зависимости скорости стенки от амплитуды прило- женного поля весь диапазон значений Epl(Ha) можно разбить на чередующиеся по- лосы повышенной и пониженной деформации, что не противоречит эксперимен- тальным данным. Введение Влияние магнитного поля на ползучесть описано еще в [1,2]. За послед- ние десять лет объем работ в этом направлении резко возрос до нескольких десятков в год. В то же время теоретические модели, рассматривающие влияние электронного ветра на решетку [3] и на область хорошего кристалла вокруг дислокационной линии [4,5], не учитывают его взаимодействия с ядром дислокации, имеющим упругую энергию одного порядка с областью хорошего кристалла. В [6] была сделана попытка рассмотреть это влияние с помощью экси- тонной модели ядра дислокации [7], в которой: 1) на единицу длины краевой дислокации приходится дипольный момент ( )2 3 0 0~ /eP n e r a a∗π (а0 − пара- метр решетки, r0 − радиус ядра дислокации, ne − число электронов проводи- мости на один атом, a∗ − эффективный радиус экситона, e − заряд электро- на); 2) электроны и дырки движутся вдоль оси дислокации как частицы Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 81 ферми-газа в условиях детального равновесия; 3) перегибы и примесные атомы являются потенциальными барьерами для движущихся электронов и дырок; 4) перегибы преодолеваются электронами и дырками с выделением низкоэнергетичных фононов; 5) примесные атомы отражают электроны и дырки с выделением фононов отдачи, возбуждающих экситоны ядра дисло- кации. Авторами показано, что: определяющим фактором в этом влиянии является градиент поля в пределах скин-слоя; величина амплитуды поля в им- пульсе pl aH , при которой начинается пластическая деформация ∼ 106−107 A/m, временная длительность импульса ∼ 10−4−10−5 s. Однако опыт показывает [8,9], что величина pl aH , как минимум, на один-два порядка ниже расчетной [6]. Представляет интерес получить теоретическое обоснование этого сни- жения. Теоретическая модель Согласно эффекту Баркгаузена для ферромагнетиков [10] магнитная об- работка (МО) материала импульсами одной полярности может быть произ- ведена в результате взаимодействия подвижных стенок магнитных доменов с дислокациями роста кристаллов, в том числе с источниками дислокаций типа Франка−Рида [11]. По нашим данным, теоретическое обоснование это- го вопроса для всех видов магнетиков в литературе отсутствует. Приведем его для ферромагнетиков в рамках теорий микромагнетизма [12] и индиви- дуальных дислокаций [13,14], а затем и экситонной модели ядра дислокации [7]. Работа импульсного магнитного поля при МО составляет im out im im 0 ( )1 ( ) d 2 T H tA N T B t t t ∂ = ∂∫ , (1) где Nim − общее количество импульсов поля; Tim − длительность одного им- пульса; Hout(T), B(t) − соответственно амплитуды импульса внешнего маг- нитного поля и магнитной индукции материала как функции времени. Всю энергию, привнесенную в материал при МО, можно разбить на две части: деформационно-чувствительную, т.е. ту, что зависит от средней пол- ной деформации plelE E Eε = = + , и деформационно-нечувствительную (здесь для простоты антисимметричной частью тензора полной дисторсии пренебрегаем). В последнюю часть входят: обменная (на единицу объема) энергия eA, удельная энергия анизотропии eK, энергия полей рассеяния, ко- торая для диа- и парамагнетиков равна нулю, магнитостатическая энергия. Деформационно-чувствительная часть включает, во-первых, собственную энергию магнитострикции доменных стенок (на единицу объема), которая может быть записана в корреляционном приближении 1 2 1 ( ) ( ) 2 L ms ijlm ijlme B s L L s∗ ∗′ ′= ≡ r r , (2) Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 82 где L L Lε ω= + − магнитострикционный тензор доменной структуры, имею- щий размерность напряжения; L L L′ = − − флуктуационная составляющая тензора L ; L ijlmB − бинарная корреляционная функция тензора L [12,16]; s∗ – эффективный тензор податливости, 1 iklm iklm i l kms s n n r∗ ∗ −= − ; iklm lmiks s= . В даль- нейшем поворотом доменных стенок при намагничивании пренебрегаем ( 0)Lω = и усреднение распределения последних производим при выполнении эргодической гипотезы. После ряда преобразований согласно [15] получим el el.. .. .. ..mse s c Q c c Q c E E∗ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤′ ′= + °∗ + ∗⎣ ⎦ ⎣ ⎦ , (3) где (..) и (∗ ) − операторы свертывания по парам соответственно индексов и свертки; c − тензор модулей упругости; с с с′ = − − флуктуация тензора c ; elE − усредненная упругая деформация; тензор Грина ( , )k i j iG выражен через сумму операторов ijklQ и ijklQ , симметричных по первой и второй па- рам индексов. Во-вторых, в деформационно-чувствительную часть входит энергия взаимодействия намагниченности в магнитных стенках с напряжениями не- магнитного происхождения еσ. В данном случае речь идет о взаимодействии магнитных стенок с дислокациями, в частности с источниками Фран- ка−Рида. Здесь возможны два подхода. Первый основан на формуле Пи- ча−Келлера [14], отражающей силу на единицу длины дислокации ( ) ( )gc ms ms j ilm l ki ij mkF b e l b= σ = σ , (4) где ( )ms ijσ − тензор приложенных магнитострикционных напряжений; bj − вектор Бюргерса; eilm − тензор Леви−Чивита; ll − единичный вектор вдоль линии дислокации. Здесь тензор ( )ms ijσ определяется в виде [12]: ( ) 1ms ik ikrs r l sm lmij L c n n L−′ ′σ = − Γ , sm i l islmn n cΓ = . (5) Отсюда ясно, что ( ) 0ms ijL = σ = и ( )ms ijσ не равны нулю только внутри сте- нок. Возможны два случая пересечения дислокации и стенки: а) из домена в тот же домен; б) из домена в соседний домен. Если стенка неподвижна, то дислокационная линия в рамках теории индивидуальных дислокаций в обо- их случаях стремится занять положение вдоль нейтральной плоскости стен- ки, преодолевая натяжение дислокации. В случае подвижной стенки реше- ние в обоих случаях в литературе отсутствует. Во втором подходе рассмотрим взаимодействие стенки и дислокации в рамках экситонной модели ее ядра. Примем ряд допущений: 1) будем считать, что толщина стенки dmw >> r0 (r0 − радиус ядра дислокации); 2) влиянием стенки на структуру, форму и размеры ядра дислокации пренебрегаем. Со- Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 83 гласно [6] существование экситонов с переносом заряда в ядре дислокации и наличие перегибов, примесных атомов и дислокационных узлов как потенци- альных барьеров для движения электронов и дырок позволяет рассматривать взаимодействие неподвижной стенки и незакрепленной дислокации через влияние силы Лоренца на два контура токов электронов и дырок, а точнее участки этих токов в объеме стенки. В результате контур (участок) из квази- частиц одного рода расширяется, а контур (участок) из квазичастиц другого рода сужается. В случае а) линия дислокации также будет стремиться к ней- тральной плоскости, в случае б) на участок дислокации внутри стенки дейст- вует пара сил. Для подвижной стенки, набегающей на дислокационный сег- мент источника, симметрия зависимости угла поворота θ вектора намагни- ченности I от координаты q вдоль нормали к стенке нарушается, угол θ воз- растает на угол χ , который является функцией скорости движения стенки mwq v= . Работа, совершаемая подвижной стенкой, идет на размножение дис- локаций, т.е. кинетическая энергия стенки приближенно равна упругой энергии распределения дислокаций pl1 .. 2 d Eσ ( dσ − напряжение, работа которого на приращении plEδ затрачивается на рост энергии дислокаций в результате их размножения, pl 0d Eσ = ρ ; ρ0 − коэффициент пропорциональности [16]): 2 021 sin 2 a mw mw mw mw gd e F mw im im mw B rd m v N ev v N T d ∗ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ρ ≈ ρ β⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎣ ⎦ , (6) где ρmw − общая площадь стенок в единице объема, cm−1; mwm∗ − эффектив- ная масса единицы площади стенки; ρgd − плотность дислокаций роста мо- нокристаллов; Ne − количество электронов (дырок) на единицу длины дис- локации; e − заряд электрона; vF − скорость электрона на поверхности Фер- ми; Ba − амплитуда импульса магнитной индукции; β − угол между векто- ром B = H + 4πI и единичным вектором вдоль линии дислокации li. Вектор намагниченности I внутри подвижной стенки поворачивается на дополни- тельный угол χ , зависящий от скорости vmw. Для раскрытия последней зави- симости воспользуемся уравнениями движения для неравномерно движу- щихся 180-градусных стенок Блоха [12]: 0 0K m m m q H f g f δ′= γ δ + λ χ , (7) 0 ( )mH f qλ χ = γ − χ δ , (8) где 2 ge mc γ = = −g·0,8795·107 (erg·s)−1; g − фактор Ланде, для Fe, Ni, Co g = 2; HK = 2K1/Is, здесь K1 − константа анизотропии, в зависимости от мате- риала изменяется в пределах 103−107 erg/cm3; Is − намагниченность насы- Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 84 щения; 0 1/A Kδ = , A − константа обменного взаимодействия, как прави- ло, имеет порядок величины 10−6−10−7 erg/cm; 2( ) 1 ( 1)sinmf ∗χ = + μ − χ ; 2 2 2( ) 1 / 12m m mg f fπ ′χ = + ; 2 1 21 sI K ∗ π μ = + ; H\|\| − проекция внешнего поля на ось легкого намагничивания; λ − константа магнитострикции. Отсюда скорость движения стенки 0 2( ) (1 ) K m m m m m H f f H g q f g ′ + λ χ = γδ + λ . (9) Анализ (9) показывает, что при H\|\| > H1 (где Н1 − пороговое магнитное поле, отделяющее монотонно возрастающее движение стенки от осциллирующего (снижение−минимум−рост−и т.д.) движения) скорость стенки осциллирует с ростом поля. Здесь ( ) 4 1 1KH H ∗ ∗= −λ μ − μ . Зависимости vmw = vmw(H) и χ = = χ(H) приведены в [12, рис. 11.4, 11.5]. Если приравнять упругую энергию распределения дислокаций и правую часть выражения (6), то зависимость средней пластической деформации plE от vmw принимает вид pl 1/ 2( )mvE k v= , (10) где коэффициент пропорциональности k = k(2r0/dmv, Ne, ρgd, β). Здесь необ- ходимо отметить, что величина Epl, вообще говоря, зависит от ряда факто- ров: характера намагничивания (формы импульса), исходного состояния ферромагнетиков (моно-, многодоменный), формы образца (пластина, эл- липсоид), влияния переднего и заднего фронтов импульса магнитного поля как подвижных доменных стенок [17], в том числе размера и подвижности доменной стенки. Ясно, что зависимость (10) можно рассматривать при не- изменных вышеуказанных факторах в процессе воздействия на них импуль- сов магнитного поля. Кроме того, пластическая деформация, по-видимому, может быть как микропластической для мелкозернистых поликристаллов, так и макропластической для монокристаллов. Рассмотрение влияния выше- указанных факторов, за исключением подвижности стенки, выходит за рам- ки данной работы. Выводы 1. Влияние подвижных стенок магнитных доменов на размножение дис- локаций при намагничивании ферромагнетиков в импульсе поля в основном определяется градиентом поля в пределах толщины междоменной стенки ~ 100−1000 Å [12]. Этот фактор согласно (6) позволяет снизить Ha pl на два- три порядка по сравнению с влиянием градиента поля в пределах скин-слоя. 2. Пластическая деформация Epl зависит от скорости движения стенки, которая, в свою очередь, немонотонно зависима от амплитуды приложенно- го поля. Зависимость Epl от Ha является нелинейной, что имеет эксперимен- Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 4 85 тальное подтверждение [8,9] для быстрорежущей стали, где Epl(Ha) осцил- лирует относительно прямой Epl(Ha pl), и весь диапазон значений Epl(Ha) со- стоит из чередующихся полос повышенной и пониженной деформации. 1. С.Т. Кишкин, А.А. Клыпин, ДАН СССР 211, 325 (1973). 2. С.Т. Кишкин, А.А. Клыпин, ДАН СССР 216, 771 (1973). 3. В.М. Конторович, в сб.: Электроны проводимости, М.И. Каганов, В.С. Эдель- ман (ред.), Наука, Москва (1985), с. 44. 4. В.Я. Кравченко, ЖЭТФ 51, 1676 (1966). 5. В.Я. Кравченко, ФТТ 8, 927 (1966). 6. В.С. Абрамов, В.Л. Бусов, 4-й Межд. симпоз.« Фракталы и прикладная синерге- тика» (ФИПС-2005), Москва, Россия,14−17 ноября 2005. 7. V.S. Abramov, V.L. Busov, 2nd International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, September 21−26, 2004. 8. С.Н. Постников, Ю.А. Бородкин, Вопросы судостроения. Сер. Технология и организация производства судового машиностроения (1976) с. 14. 9. С.Н. Постников, А.Д. Кунгин, в сб.: Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов, Уфа (1980), вып. 5, с. 157. 10. В.М. Рудяк, УФН 101, 429 (1970). 11. Л.И. Миркин, Физические основы прочности и пластичности, Изд-во МГУ, Мо- сква (1968). 12. А. Хуберт, Теория доменных стенок в упорядоченных средах, Мир, Москва (1977). 13. Л.А. Шувалов, А.А. Урусовская, И.С. Желудев, А.В. Залеская, С.А. Семилетов, Б.Н. Гречушников, И.Г. Чистяков, С.А. Пикин, Современная кристаллография, Т. 4. Физические свойства кристаллов, Наука, Москва (1981). 14. А. Келли, Г. Гровс, Кристаллография и дефекты в кристаллах, Мир, Москва (1974). 15. Т.Д. Шермергор, Теория упругости микронеоднородных сред, Наука, Москва (1977). 16. В.Л. Бусов, ФТВД 14, № 1, 62 (2004). 17. В.С. Абрамов, в сб.: Материалы и реактивы для современной техники, НИИТХЭМ, Москва (1987), с. 70−79. V.S. Abramov, V.L. Busov ABOUT MAGNETIC FIELD PULSE INFLUENCE ON PLASTIC DEFORMATION IN FERROMAGNETS The influence of magnetic field pulse on motion of dislocation loop and redistribution of dislocations has been considered within exciton model of dislocation nucleus. It is shown that gradient of the field within magnetic bubble domain walls is a determinative factor for this influence. The orders of magnitudes for field amplitude in the pulse have been determined with which the plastic deformation begins. Qualitative dependence of average plastic deformation Epl on magnetic wall mobility has been obtained. It is noted that the whole of the interval of Epl(Ha) magnitudes can be divided into interchanging bands of increased and decreased deformation due to oscillatory amplitude dependence of wall speed that does not contradict the experimental data.

О влиянии импульсного магнитного поля на пластическую деформацию в ферромагнетиках

Institution

Ähnliche Einträge