Аннотация 2
Введение 5
1 Аналитический обзор литературы 8
1.1 Физическая сущность явления магнитострикции и особенности ее проявления 8
1.1.1 Магнитная анизотропия 14
1.1.2 Спонтанная магнитострикция 16
1.1.3 Магнитомеханический гистерезис 17
1.2 Области применения магнитострикционных материалов 23
1.3 Классификация и свойства магнитострикционных преобразователей 26
1.4 Общая характеристика магнитострикционных сплавов на основе железа 36
1.4.1 Кристаллическая структура сплава FeCo 39
1.4.2 Термическая обработка сплава FeCo 42
1.4.3 Особенности механических свойств FeCo сплавов 45
1.4.4 Влияние легирующих элементов на намагниченность сплава 47
1.4.5 Тройные сплавы FeCo-V 51
1.5 Изготовление пакета пластин из сплава 49К2ФА для магнитострикционного преобразователя 52
2 Материалы и методы исследования 59
2.1 Исследуемый материал и образцы 59
2.2 Метод микроскопического анализа 60
2.3 Метод измерения микротвердости 61
2.4 Метод измерения величины магнитострикции 62
3 Результаты исследования и анализ экспериментальных данных 63
3.1. Результаты исследования образцов на твердость 63
3.2 Результаты исследования микроструктуры и их анализ 65
3.3. Результаты исследования влияния технологических параметров рекристализационного отжига на магнитострикцию 69
3.4. Результаты исследования влияния эксплуатации и перепайки на магнитострикцию 72
Заключение 75
Список использованных источников 76
В настоящее время явление магнитострикции используется в различных устройствах, таких как акустические излучатели и приемники, фильтры, стабилизаторы частоты, линии задержки, микроприводы и магнитострикционные преобразователи (ПМС). Растущий интерес к магнитострикционным материалам для генерации деформаций и сил в системах интеллектуальных структур мотивирует разработку все более точных моделей характеристик этих материалов. Поэтому, изучение влияния различных факторов на характеристики и поведение магнитострикционных сплавов представляет большой научный и практический интерес. Исследование магнитострикции и явлений, протекающих в магнитострикционных сплавах в процессе эксплуатации, играет важную роль в разработке новых магнитных материалов, повышения сроков эксплуатации и надежности конструктивных деталей, принцип действия которых основан на магнитострикционных эффектах.
Магнитострикция - это изменение размеров ферромагнетика во время намагничивания. Магнитострикция возникает в результате изменения энергии связи между атомами под воздействием внешнего магнитного поля, при этом домены поворачиваются вдоль направления магнитного поля, чему сопутствует деформация тела. Величина деформации существенно зависит от типа кристаллического строения ферромагнетика. Существует и обратный эффект, когда при воздействии механической нагрузки изменяются размеры тела, что сопровождается изменением его магнитных свойств.
Наиболее распространенными магнитострикционными материалами являются сплавы на основе никеля и железа, например системы Ni-Fe, Fe-Pt, Fe-Co. Сплавы системы Fe-Co являются технологически важными материалами для применения в магнитомягких средах, требующих высоконасыщенной индукции и высокотемпературной работы. Широко применяют сплав железа с кобальтом марки 49К2Ф, содержащий 48- 50%Со и до 2% ванадия. Этот сплав характеризуется большими значениями магнитного насыщения, проницаемости в области высоких индукций, точки Кюри. Самая большая индукция насыщения зарегистрирована для объемных бинарных сплавов на основе Fe-Co.
Необходимо решить проблему, возможно ли улучшить магнитные свойства магнитострикционного пакета после эксплуатации, тем самым снизить стоимость производства магнитострикционного преобразователя.
Цель исследования - дать научное обоснования возможности ремонта магнитострикционных конструктивных элементов.
Для выполнения цели необходимо решить задачи:
1. Провести литературный обзор по теме диссертации
2. Изготовить пакет для магнитострикционного преобразователя и провести термическую обработку пластин.
3. Исследовать влияние термической обработки, пайки и времени эксплуатации на микроструктуру и механические свойства феррум-кобальтоваго сплава.
4. Установить зависимость магнитострикционных характеристик преобразователя от параметров термической обработки, оксидирования, пайки и эксплуатации
5. Провести анализ экспериментальных результатов и сделать вывод о технической возможности и экономической рациональности ремонта магнитострикционных изделий.
Объект исследования - Пластина магнитострикционного сплава 49К2ФА толщиной 0,2мм, после термической обработки, оксидирования, пайки, повторной пайки и эксплуатации.
Предметом исследования являются структура, механические и магнитострикционные свойства сплава 49К2ФА
Практическая значимость
1. Изучена микроструктура и твердость сплава в процессе производства и эксплуатации.
2. Изучены магнитные показатели магнитострикционного пакета сплава 49К2ФА в процессе производства и эксплуатации.
Научная новизна:
1. Впервые была предпринята попытка изучения изменения структуры и свойств, сплава 49К2ФА, между технологическими операциями изготовления магнитострикционного пакета, после длительной эксплуатации и после ремонта пакета. Показано, что после перепайки, магнитные характеристики восстанавливаются практически полностью, что дает возможность утверждать об эффективности ремонта.
1. После термической обработки сплава наблюдается формирование равноосного зерна, снимаются остаточные напряжения, уменьшается плотность дефектов кристаллического строения. Достигается упорядочение твердого раствора FeCo, которое протекает при охлаждении из неупорядоченного состояния в высокотемпературной области.
2. После отжига оксидирования и пайки происходит небольшое уменьшение размеров зерен по сравнению с термообработанным образцом, что сопровождается повышением твердости.
3. После эксплуатации в 2000 часов происходит укрупнение зерен и наблюдаются небольшие бороздки на поверхности, соответственно снижается твердость. Магнитострикционные показатели имеют значения (магнитострикция смещения 7,4 мкм).
4. После повторной перепайки происходит повышение твердости, так же как и у образца, после отжига оксидирования и пайки, и зерна немного увеличиваются. Улучшаются магнитострикционные показатели (магнитострикция смещения 7,6 мкм).
5. После сравнения величины магнитострикции трех пакетов, у образца время выдержки которого составляло 5 часов при температуре 820-840 С, происходит смещение магнитострикции лучше чем у образцов время, которых составило 3 и 4 часа.
