金屬的磁性能

1、第7章   金屬的磁性能金屬及合金的磁性是很重要的一種物理性能，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用得非常廣泛。磁化率、磁導(dǎo)率以及矯頑力等參量對(duì)組織、結(jié)構(gòu)很敏感，而飽和磁化強(qiáng)度和居里點(diǎn)等則只與合金相的數(shù)量和成分有關(guān)。因此，可根據(jù)磁化率和矯頑力的變化分析組織的變化規(guī)律，而根據(jù)飽和磁化強(qiáng)度和居里點(diǎn)對(duì)合金進(jìn)行相分析，研究組織轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)。7-1   磁性的基本概念 金屬的抗磁性與順磁性一、磁性的基本概念在真空中造成一個(gè)磁場，然后在磁場中放入一種物質(zhì)，人們便會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管是什么物質(zhì)，都會(huì)使其所在空間的磁場發(fā)生變化。不同的物質(zhì)所引起的磁場變化不同。物質(zhì)在磁場中，由于受磁場的作用都呈

2、現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化。根據(jù)物質(zhì)被磁化后對(duì)磁場所產(chǎn)生的影響，可以把物質(zhì)分為三類：使磁場減弱的物質(zhì)稱為抗磁性物質(zhì)；使磁場略有增強(qiáng)的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)；使磁場強(qiáng)烈增加的物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。任何物質(zhì)都是由原子組成的，而原子則是由原子核和電子所構(gòu)成。近代物理證明，每個(gè)電子都在作著循軌和自旋運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。電子是有磁矩的，電子的磁矩是軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。電子的循軌運(yùn)動(dòng)可以看作是一個(gè)閉合的環(huán)形電流，由此所產(chǎn)生的磁矩稱為軌道磁矩i：式中l(wèi)為軌道角量子數(shù)，可取0，1，2，3（n-1），它分別代表s, p, d, f層的電子態(tài)；B 為玻爾磁子，是磁矩的最小單元，

3、它等于式中e和m分別為電子的電荷和質(zhì)量；h為普朗克常數(shù)。B的單位為J/T。電子繞自身的軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)自旋磁矩，其方向平行于自旋軸，其大小為 :式中S為自旋量子數(shù)，其值為+1/2。原子核也有磁矩，不過它的磁矩很小，約為電子磁矩的1/2000，故通常的情況可不予考慮。理論證明:當(dāng)原子中的一個(gè)次電子層被排滿時(shí)，這個(gè)電子層的磁矩總和為零，它對(duì)原子磁矩沒有貢獻(xiàn)。若原子中的電子層均被排滿，則原子沒有磁矩。只有原子中存在著未被排滿的電子層時(shí)，由于未被排滿的電子層電子磁矩之和不為零，原子才具有磁矩。這種磁矩稱為原子的固有磁矩。二、磁性的基本量一個(gè)物體磁化的程度可用所有原子固有磁矩m矢量的總和m來表示，單位為

4、A·m2 ；單位體積的磁矩稱為磁化強(qiáng)度，用M表示，其單位為A·m-1。它等于當(dāng)一個(gè)物體在外加磁場中被磁化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度相當(dāng)于一個(gè)附加的磁場強(qiáng)度，從而導(dǎo)致它所在空間的磁場發(fā)生變化。這時(shí)，物體所在空間的總磁場強(qiáng)度是外加磁場強(qiáng)度H和附加磁場強(qiáng)度M之和，H的單位也是A·m-1。通過磁場中某點(diǎn)，垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，其單位為T（特斯拉），它與磁場的關(guān)系是式中0為真空磁導(dǎo)率，它等于4×10-7H·m-1。物質(zhì)的磁化總是在外加磁場的作用下產(chǎn)生的，因此，磁化強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度和物質(zhì)本身的磁化特性有關(guān)，即M=H式中H為

5、外加磁場強(qiáng)度；系數(shù)稱為磁化率，無量綱。它表征物質(zhì)本身的磁化特性。式中系數(shù)1+稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用r表示。它與材料的本性有關(guān)，無量綱。磁導(dǎo)率用表示B=µH            或µ= B/H三 金屬的抗磁性與順磁性金屬被磁化后，磁化矢量與外加磁場的方向相反稱為抗磁性，抗磁性的特點(diǎn)是(磁化率)<0。金屬被磁化后，磁化矢量與外加磁場的方向相同稱為順磁性，即(磁化率) >0。通常，把實(shí)際測量所得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁化強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度的關(guān)系曲線稱為磁化曲線。它集中

6、反映了金屬的磁性特征?？勾排c順磁金屬的磁化曲線比較簡單，見圖7-1。曲線表明，它們的磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之間均呈直線關(guān)系，磁化率是很小的常數(shù)，但磁化的方向相反。它們還有一個(gè)共同特點(diǎn)即磁化是可逆的，當(dāng)去除外磁場之后仍恢復(fù)到未磁化前的狀態(tài)。1 抗磁性金屬的抗磁性來源于電子的循軌運(yùn)動(dòng)受外加磁場作用所產(chǎn)生的抗磁矩。無論是電子順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，還是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的附加磁矩M都與外加磁場的方向相反，故稱為抗磁矩。一個(gè)原子的抗磁矩為式中ri為電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑在垂直于磁場方向平面上的投影。既然，抗磁性是電子的循軌運(yùn)動(dòng)受外加磁場作用的結(jié)果，因此可以說，任何金屬在磁場作用下都要產(chǎn)生抗磁性?？勾沤饘俚拇呕屎苄?，約為1

7、0-510-6數(shù)量級(jí)，并且與磁場強(qiáng)弱和溫度無關(guān)。2 順磁性金屬的順磁性主要來源于原子（離子）的固有磁矩。在沒有外加磁場時(shí)，原子的固有磁據(jù)呈無序狀態(tài)分布，在宏觀上并不呈現(xiàn)出磁性，見圖7-3 a。若施加一定的外磁場時(shí)，由于磁矩與磁場相互作用，磁矩具有較高的靜磁能。所謂靜磁能是指原子磁矩與外加磁場的相互作用能，用EH表示，其大小等于EH=-0atHcos圖7-3 金屬磁矩示意圖為了降低靜磁能，磁矩改變與磁場之間的夾角，于是便產(chǎn)生了磁化。隨著磁場的增強(qiáng)，磁矩的矢量和在磁場方向上的投影不斷地增大，磁化不斷地增強(qiáng)。在常溫下，要使原子磁矩轉(zhuǎn)向磁場方向，除了要克服磁矩間相互作用所產(chǎn)生的無序傾向之外，還必須克服

8、由原子熱運(yùn)動(dòng)所造成的嚴(yán)重干擾，故通常順磁磁化進(jìn)行得十分困難。室溫下的磁化率約為10-6數(shù)量級(jí)。如將溫度降低到0K，磁化率便可提高到10-4數(shù)量級(jí)。對(duì)于順磁金屬只有當(dāng)溫度接近0K或外加磁場極強(qiáng)時(shí)才有可能達(dá)到磁飽和，即所有的原子磁矩都排向磁場方向。上述現(xiàn)象說明，溫度對(duì)順磁磁化的影響是十分顯著的。對(duì)于固態(tài)金屬，特別是過渡族金屬，在一定的溫度范圍內(nèi)，它們的磁化率和溫度的關(guān)系服從居里-外斯定律,即式中C為居里常數(shù)，它和原子磁矩有關(guān)；對(duì)某種材料來說是常數(shù)，對(duì)不同材料可大于零或小于零。對(duì)于鐵磁金屬為正值，它等于居里點(diǎn)或居里溫度。所謂居里點(diǎn)即由鐵磁轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾诺呐R界溫度。3 抗磁金屬與順磁金屬在磁場的作用下電子

9、的循軌運(yùn)動(dòng)要產(chǎn)生抗磁矩離子的固有磁矩則產(chǎn)生順磁矩；此外，還要看到，自由電子在磁場的作用下也產(chǎn)生抗磁矩和順磁矩，不過它所產(chǎn)生的抗磁矩遠(yuǎn)小于順磁矩，故自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性。金屬均由離子和自由電子所構(gòu)成，因此對(duì)于一種金屬來說，其內(nèi)部既存在著產(chǎn)生抗磁性的因素，又存在著產(chǎn)生順磁性的因素，屬于哪種金屬，取決于哪種因素占主導(dǎo)地位。金屬的離子，由于核外電子層結(jié)構(gòu)不同，可以分為兩種情況：一是它的電子殼層已全部被填滿，即固有磁矩為零。在外加磁場的作用下由核外電子的循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抗磁矩，抗磁矩的強(qiáng)弱取決于核外電子的數(shù)量。如果離子部分總的抗磁矩大于自由電子的順磁矩，則金屬為抗磁金屬。屬于這種情況的抗磁金屬有銅、金

10、和銀等。銻、鉍和鉛等金屬也屬于這種情況，所不同的是它們的自由電子向共價(jià)鍵過渡，因而呈現(xiàn)出異常大的抗磁性。還有些金屬，如堿金屬和堿土金屬，它們的離子也是填滿的電子結(jié)構(gòu)，但它們的自由電子所產(chǎn)生的順磁性大于離子部分的抗磁性。因此它們是順磁性金屬，如鋁、鎂、鋰、鈉和鉀等。二是離子有未被填滿的電子層，即離子具有較強(qiáng)的固有磁矩。在外磁場的作用下，這些固有磁矩所產(chǎn)生的順磁矩遠(yuǎn)大于核外電子循軌運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的抗磁矩。具有這種離子的金屬都有較強(qiáng)的順磁性，它們屬于強(qiáng)順磁性金屬。如3d-金屬中的鈦和釩等；4d-金屬中的鈮、鋯和鉬等；5d-金屬中的鉿、鉭、鎢和鉑等。4 影響抗磁性與順磁性的因素1)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與加工硬化的

11、影響同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對(duì)磁性有很顯著的影響。例如，具有正方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的白錫轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饎偸Y(jié)構(gòu)的灰錫，即由順磁轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾?。轉(zhuǎn)變后錫在很大程度上已經(jīng)失去金屬固有的特性，這與轉(zhuǎn)變后原子間距增大，結(jié)合電子增加而自由電子的數(shù)量變少有關(guān)。鐵在居里點(diǎn)以上呈順磁狀態(tài)。當(dāng)溫度達(dá)到910和1401時(shí)，鐵要分別發(fā)生和的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在此溫度下鐵的磁化率將發(fā)生躍變加工硬化對(duì)金屬的抗磁性影響也很明顯。加工硬化使金屬的原子間距增大而密度減小，從而使銅和鋅的抗磁性變?nèi)?。?dāng)高度加工硬化時(shí)，銅可以由抗磁金屬變?yōu)轫槾?。退火與加工硬化的作用相反，能使銅的抗磁性重新得到恢復(fù)。2) 合金成份與組織的影響弱順磁性金屬Cu,Ag,Al,Mg等，

12、所組成的固溶體合金由于溶入溶質(zhì)原子以后，使原子間的結(jié)合發(fā)生了變化，它們的磁化率隨著成分的變化，按近似于直線的平滑曲線而變化。若強(qiáng)順磁性過渡族金屬溶于Cu、Ag或Au中，合金磁化率的變化比較復(fù)雜。如Cu-Pd和Ag-Pd兩種合金，當(dāng)含pd低于30時(shí)，由于鈀的d層被傳導(dǎo)電子填滿，離子的固有磁矩變?yōu)榱?。因此隨著鈀含量的增多，導(dǎo)致合金的抗磁磁化率增大，如圖7-5所示。在濃度很低的情況下，它們便可使合金變?yōu)轫槾判?，并使順磁磁化率顯著地增大，特別是錳的固溶體合金，其順磁磁化率比純錳的還高。形成多相合金時(shí)，磁化率與合金成分之間呈直線關(guān)系。形成中間相時(shí)，由于生成了化學(xué)鍵和共價(jià)鍵，從而影響了自由電子的順磁性，于

13、是簡單金屬正離子的抗磁性便充分地顯示出來，使合金的抗磁性增強(qiáng)，并在磁化率和成分的關(guān)系曲線上出現(xiàn)極值。例如，Cu-Zn合金中出現(xiàn)電子化合物相Cu31Zn8時(shí)，合金的抗磁磁化率達(dá)到最大值。從圖7-6中曲線可以看到，由于液態(tài)合金仍保留著部分化學(xué)鍵的作用，所以對(duì)應(yīng)于相成分的合金液態(tài)時(shí)的抗磁磁化率也比較大。6 抗磁與順磁磁化率的測量抗磁與順磁磁化率的測量通常采用磁秤法；磁秤的結(jié)構(gòu)如圖7-7；順磁，則F向下，抗磁則向上。圖7-7 磁秤結(jié)構(gòu)示意圖磁秤結(jié)構(gòu)示意圖：a）磁秤結(jié)構(gòu)  b）磁場梯度分布；1-分析天平2-試樣3-電磁鐵4-電加荷系統(tǒng)測量未知磁化率:可以用已知值的金屬對(duì)儀器進(jìn)行相對(duì)標(biāo)定來確定磁

14、導(dǎo)率。例如，金屬的磁化率1為已知，測量時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)線圈所需通過的電流為i1，待測金屬的磁化率為2，測量時(shí)達(dá)到平衡態(tài)的電流為i2，則磁秤測量法的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是：測量簡便，但不夠準(zhǔn)確。磁秤的用途很廣，可用于測量抗磁和順磁的磁化率，也可以用于測量鐵磁性。如配備加熱和冷卻裝置，還可用于研究金屬的組織轉(zhuǎn)變和進(jìn)行相分析，是磁性分析的有力工具。近年來，由于電子技術(shù)的發(fā)展自動(dòng)磁秤用得愈來愈多，它能提高測量的穩(wěn)定性和精確度。7  抗磁與順磁分析的應(yīng)用合金的磁化率取決于其成分、組織和結(jié)構(gòu)狀態(tài)。從磁化率變化的特點(diǎn)可以分析合金組織的變化，以及這些變化與溫度和成分之間的關(guān)系。這種分析在測定鋁合金的固溶度曲線和

15、研究鋁合金的時(shí)效等問題中應(yīng)用取得了良好的結(jié)果。1) 測定Al-Cu合金的固溶度曲線bm是退火試樣測得的結(jié)果，它所對(duì)應(yīng)的組織是以鋁為基的固溶體和CuAl2相的混合物，隨著銅含量的增多，CuAl2相的數(shù)量隨之增多。曲線bf所對(duì)應(yīng)的組織是銅與鋁所組成的單相固溶體。據(jù)計(jì)算，在合金固溶體中一個(gè)銅原子可影響1415個(gè)鋁原子的順磁性。因此，與兩相混合物相比，它的磁化率隨著含銅量的增加，迅速地降低。2）研究鋁合金的分解測量順磁磁化率的變化不僅可以確定合金的固溶的曲線，而且還可用于研究淬火鋁合金的分解情況。由于淬火狀態(tài)銅和鋁形成了過飽和固溶體，銅的抗磁作用對(duì)鋁的順磁影響較大，使合金的順磁磁化率顯著降低。退火狀態(tài)

16、的合金中，有94%的銅以CuAl2相的形式存在，因此銅對(duì)鋁的順磁性影響較小7-2 金屬的鐵磁性 影響金屬鐵磁性的因素鐵磁性金屬的磁化矢量與外加磁場的方向一致，但它與順磁金屬的磁化特征有顯著的不同，其主要特征：1）磁化曲線比較復(fù)雜；2）不可逆磁化存在。一、磁化曲線與磁滯回線鐵磁金屬的磁化曲線如圖7-10所示。從圖7-10中曲線可以看到，在微弱的磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁化強(qiáng)度M均隨磁場強(qiáng)度的增大緩慢地上升；磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之間近似地呈直線關(guān)系，并且磁化是可逆的。這個(gè)階段的磁導(dǎo)率稱為起始磁導(dǎo)率，用0表示，它接近于一個(gè)恒定值。磁場強(qiáng)度H繼續(xù)增大到一定值后，B和M急劇增高，磁導(dǎo)率增長得非?？欤⑶页霈F(xiàn)

17、極大值m。這個(gè)階段的磁化是不可逆的，即去掉磁場仍保留著部分磁化。磁場強(qiáng)度再進(jìn)一步增大，B和M增大的趨勢逐漸變緩，磁化進(jìn)行得愈來愈困難，磁導(dǎo)率變小，并趨向于0值。當(dāng)磁場強(qiáng)度達(dá)到Hs時(shí)，磁化強(qiáng)度便達(dá)到飽和值，磁場強(qiáng)度再繼續(xù)增大時(shí)，磁化強(qiáng)度不再變化。磁化強(qiáng)度的飽和值稱為飽和磁化強(qiáng)度，用 Ms表示，它與材料有關(guān)。與Ms相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，用Bs表示。由于B=0H+0M，故當(dāng)磁場強(qiáng)度大于Hs時(shí)，B受磁場強(qiáng)度H的影響仍在繼續(xù)增高。將試樣磁化到飽和狀態(tài)后，逐漸減小磁場強(qiáng)度，則B也將隨之減小。當(dāng)H=0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不等于零，而是保留著一定大小的B值，如圖7-11中的oc線段，這就是鐵磁金屬

18、的剩磁現(xiàn)象。去掉外加磁場后的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，用Br表示。要使B值繼續(xù)減小，則必須加一個(gè)反向磁場，當(dāng)H等于一定值Hc時(shí)，如圖中地od線段，B值才等于零。Hc為去掉剩磁的臨界磁場，它表示鐵磁金屬保持剩余磁化的能力，稱為矯頑力。磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化落后于磁場強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯效應(yīng)。由于磁滯效應(yīng)的存在，磁化一周得到一個(gè)閉合回線，稱為最大磁滯回線?；鼐€所包圍的面積相當(dāng)于磁化一周所產(chǎn)生的能量損耗，稱為磁滯損失。鐵磁金屬的磁化特點(diǎn):磁化率不是定值，而且變化很大；存在著磁滯現(xiàn)象；很容易磁化并達(dá)到飽和狀態(tài)。鐵磁金屬的磁化之所以有上述表現(xiàn)，現(xiàn)已清楚，是由于在它們內(nèi)部存在著磁疇。所謂磁疇是指：在

19、未加磁場時(shí)鐵磁金屬內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。磁疇的存在已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)得到證明。將鐵磁金屬拋光的試樣表面涂以磁性懸浮液體，鐵磁性粒子受磁疇磁極的作用將聚集在磁疇邊界處，在顯微鏡下便可觀察到磁性粒子所排成的圖象。這種圖象稱為粉紋圖。圖7-13 粉紋圖及磁疇形貌從圖可直接看到磁疇的形狀和結(jié)構(gòu)。磁疇的尺寸約為10-6mm3。在未加磁場時(shí)，它的磁化矢量呈無序分布，因此鐵磁體宏觀上并不呈現(xiàn)出鐵磁性。磁疇的存在說明，在未加外磁場時(shí)，鐵磁金屬內(nèi)部的自旋磁矩已經(jīng)自發(fā)地排向了同一方向，這種現(xiàn)象稱為自發(fā)磁化。解釋自發(fā)磁化要用自發(fā)磁化理論，它主要討論磁有序的起因和條件與磁疇形成的原因和磁疇結(jié)構(gòu)。金屬的鐵磁性來源于原

20、子未被抵消的自旋磁矩，而軌道磁矩對(duì)鐵磁性的貢獻(xiàn)是微不足道的。過渡族金屬的3d層都未被電子填滿，因此這些金屬的原子都有剩余的自旋磁矩。在3d過渡族金屬中，鐵、鈷和鎳是鐵磁性的。錳雖然也有剩余的自旋磁矩，但它并不是鐵磁性金屬。這就是說，金屬要具有鐵磁性，它的原子只有未被抵消的自旋磁矩還不夠，還必須是自旋磁矩自發(fā)地排列在同一個(gè)方向上，亦即產(chǎn)生自發(fā)磁化。金屬內(nèi)部的自發(fā)磁化是由于電子間的靜電相互作用產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)原子相互接近時(shí)，它們的3d層和4s層的電子可以相互交換位置，亦即發(fā)生交換作用，由此而產(chǎn)生的靜電作用力稱為交換力。由于交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序排列，因交換作用所產(chǎn)生的附加能量稱為

21、交換能，用Eex表示Eex-Acos 式中A為交換能積分常數(shù)；為兩相鄰原子的兩個(gè)電子自旋磁矩間的夾角。由上式可以看到，交換能的正負(fù)取決于A和 。A為正值時(shí)，等于零，Eex為最小，自旋磁矩自發(fā)排向同一方向，即產(chǎn)生自發(fā)磁化。若A為負(fù)值，等于180°，Eex為最小，自旋磁矩應(yīng)呈反向平行排列，Eex為最小。這種排列產(chǎn)生所謂反鐵磁性。交換能積分常數(shù)的正負(fù)及大小強(qiáng)烈地依賴于原子間的距離和未填滿殼層的半徑r。也就是說，它與原子的電子結(jié)構(gòu)和晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)計(jì)算得到，當(dāng)/r>3時(shí)，A為正值，-Fe，Co和Ni的A均為較大的正值，它們都是鐵磁性金屬；Cr和Mn的/r<3，它們是反鐵磁性

22、金屬；稀土金屬的/r雖然大于3，但由于它們?cè)娱g距離較大，電子間的靜電相互作用力較弱，對(duì)電子自旋的取向影響較小，故在常溫下即為順磁。電子相互交換作用所產(chǎn)生的交換力迫使自旋磁矩同向平行排列，另一方面，由溫度增高所引起的熱運(yùn)動(dòng)破壞這種平行排列。熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的無序傾向占優(yōu)勢的臨界溫度，稱為居里點(diǎn)（居里溫度）。它的存在是鐵磁金屬的特征之一。二 磁晶各向異性與磁致伸縮磁晶各向異性與磁致伸縮是鐵磁晶體的兩個(gè)重要的特性。它們不僅在工程應(yīng)用上有重要意義，而且對(duì)磁疇的大小、結(jié)構(gòu)及取向等均有影響。1）磁晶各向異性沿著鐵磁晶體的各晶向磁化的難易不同稱為磁晶各向異性。圖7-15 鐵磁晶體的各向異性（a）鐵 

23、（b）鎳  （c）鈷難磁化方向和易磁化方向磁化曲線所包圍的面積即代表兩個(gè)方向磁化所需要的能量差。它表明磁位能存在著各向異性。自發(fā)磁化指向易磁化方向時(shí)，磁位能為最低。若將磁矩從易磁化方向轉(zhuǎn)到難磁化方向上去，則需要供給一定的能量，這種由于磁晶各向異性所引起的附加能量稱為磁晶各向異性能。對(duì)于立方晶系，設(shè)磁晶各向異性能為EK，可用式表達(dá) :EK=K0+K1(1222+2232+3212)+K2122232式中K0，K1和K2為各向異性常數(shù)；1,2,和3為磁化方向與三個(gè)晶向之間夾角的余弦。各向異性常數(shù)愈小，愈容易磁化。多晶鐵磁體沒有磁各向異性。2）磁致伸縮鐵磁晶體磁化對(duì)其長度發(fā)生變化的效應(yīng)稱為

24、磁致伸縮。磁致伸縮的大小可用磁致伸縮系數(shù)表示式中l(wèi)為鐵磁體的長度；l為由磁化引起的長度變化量。磁致伸縮效應(yīng)是由于原子磁矩有序排列時(shí)，電子間的相互作用導(dǎo)致原子間距的自發(fā)調(diào)整而引起的。金屬的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)不同，磁化時(shí)原子間距的變化也不一樣，故有不同的磁致伸縮性能。由圖7-16可見，鐵在不同晶向上的磁致伸縮系數(shù)相差很大，100方向?yàn)檎?11方向則為負(fù)。鎳在各晶向上的磁致伸縮系數(shù)均為負(fù)值，且以100方向?yàn)樽畲?。多晶鐵磁體的磁致伸縮沒有各向異性。磁致伸縮系數(shù)的絕對(duì)值隨磁化強(qiáng)度的增加而增大，當(dāng)磁化達(dá)到飽和時(shí)，也達(dá)到最大值，此時(shí)的磁致伸縮系數(shù)稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，用s表示。實(shí)驗(yàn)測得，多晶體鐵的s=4.4

25、5;10-6,多晶體鎳的s=-33×10-6。三、鐵磁晶體的退磁場一個(gè)具有自由端的鐵磁體磁化之后，磁體的端部產(chǎn)生N和S極，這時(shí)磁體內(nèi)部由于N和S極產(chǎn)生一個(gè)與磁化方向相反的磁場，稱為退磁場。對(duì)于均勻磁化的橢球體，退磁磁場的強(qiáng)度為Hd=-NM式中N為鐵磁體的幾何退磁因子，與幾何形狀及尺寸有關(guān)；M為磁體的磁化強(qiáng)度。負(fù)號(hào)表示Hd與M的方向相反。非閉合回路磁體的退磁場與磁矩的相互作用能稱為退磁場能。退磁場能也是一種靜磁能，它等于退磁因子對(duì)于不同形狀或者同一磁體的不同方向有不同的數(shù)值。當(dāng)鐵磁體處于開路狀態(tài)時(shí)，磁體愈短粗，退磁因子愈大，退磁場能也愈高。對(duì)于任何形狀的鐵磁體，沿細(xì)長方向較容易磁化，而

26、沿粗短方向較難磁化。這種由形狀不同所引起的各向異性稱為形狀各向異性。四、磁疇的形成與磁疇結(jié)構(gòu)理論上已說明了自發(fā)磁化的起因和條件，問題是自發(fā)磁化為什么要分成很多小的磁疇呢？從熱力學(xué)的角度觀察，形成磁疇是能量最小條件的必然結(jié)果。具體地說，形成磁疇是為了減少退磁場能和磁致伸縮能（磁彈性能）。由于閉合磁疇的出現(xiàn)，一方面使退磁場能下降為零，另一方面由于閉合磁疇和基本磁疇的磁化方向不同，引起的磁致伸縮不同，因而產(chǎn)生一定的磁致伸縮能。這部分能量不僅與磁疇的方向有關(guān)，而且和磁疇的尺寸有關(guān)，尺寸愈大，磁致伸縮所引起的尺寸變化就愈不容易相互補(bǔ)償，磁彈性能（磁致伸縮能）就愈高。因此，封閉式磁疇結(jié)構(gòu)還要由較小的磁疇構(gòu)

27、成，彈性能才可能更低，在兩相反磁疇之間形成一個(gè)過渡層，通常稱為磁疇壁。疇壁內(nèi)自旋磁矩的方向從一個(gè)磁疇逐漸過渡到另一個(gè)磁疇的方向，這種情況交換能為最低。于是，疇壁的自旋磁矩卻偏離了晶體的易磁化方向，由此導(dǎo)致各向異性能增高。此外，由于磁致伸縮的變化使彈性能升高，所以形成磁疇壁需要一定的能量。疇壁總能量與疇壁的數(shù)量有關(guān)，疇壁愈多，能量愈高。當(dāng)磁疇變小使磁致伸縮能減小的數(shù)量和疇壁形成所需要的能量相等時(shí)，即達(dá)到能量最小的穩(wěn)定閉合磁疇組態(tài)。在沒有外磁場時(shí)，通常磁疇呈細(xì)小扁平的薄片狀或細(xì)長的棱柱狀，大小約為10-6mm3 ,磁化矢量指向易磁化方向。在多晶體中，一個(gè)晶粒內(nèi)可有數(shù)個(gè)磁疇。在磁場的作用下磁疇的大小

28、和方向都可發(fā)生變化。影響金屬鐵磁性的因素影響鐵磁性的因素來自兩個(gè)方面：一是環(huán)境，如溫度和應(yīng)力等的影響；二是金屬內(nèi)部因素，如成分、組織和結(jié)構(gòu)等的影響。從金屬內(nèi)部的因素考查，可把鐵磁參量分為兩類，即組織敏感性參量和組織不敏感參量。組織和結(jié)構(gòu)不敏感參量不受組織和結(jié)構(gòu)的影響或影響很小，屬于這類參量的有Ms(飽和磁化強(qiáng)度)，s(飽和磁致伸縮系數(shù))，K(磁晶各向異性參數(shù)）和Tc（居里溫度）等，它們與合金的成分和鐵磁相性質(zhì)及數(shù)量有關(guān)。組織和結(jié)構(gòu)敏感參量強(qiáng)烈地受組織、結(jié)構(gòu)因素以及應(yīng)力狀態(tài)的影響，屬于這類參量的有Hc(矯頑力)，(磁導(dǎo)率)，(磁化率)和Br(剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度)等，它們均與技術(shù)磁化有關(guān)。一、溫度的影

29、響圖7-19曲線表明，在溫度低于居里點(diǎn)時(shí)，由于溫度升高使原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，原子磁矩?zé)o序傾向增大，導(dǎo)致Ms下降。這種無序傾向在接近居里點(diǎn)時(shí)急劇增大，因此Ms急劇降低，在居里點(diǎn)處下降為零，即由鐵磁轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾?。此?guī)律是鐵磁金屬的共同特性。Bmax隨溫度的升高而下降，與Ms和溫度的關(guān)系基本相似。溫度對(duì)Br的影響比較復(fù)雜，-20020區(qū)間，Br隨溫度升高而增大，但溫度繼續(xù)升高，則Br降低見圖a。的變化也比較復(fù)雜，如圖b。在強(qiáng)磁場中，由于溫度升高會(huì)導(dǎo)致B值降低，故隨之降低。但在較弱的磁場中，溫度升高會(huì)使K和s下降，由此可以減小磁化過程的阻力，因此值不但沒有下降，反而隨溫度升高而增大。當(dāng)溫度接近居里點(diǎn)時(shí)，由

30、于B值急劇降低，受其影響值迅速下降，在居里點(diǎn)處降低為零。矯頑力的變化則與相反，它隨著溫度的升高而下降，這是由于溫度升高會(huì)引起K和s降低以及應(yīng)力松弛所造成的。二、應(yīng)力的影響這里應(yīng)力是指加于鐵磁金屬的彈性應(yīng)力，它對(duì)金屬的磁化產(chǎn)生顯著影響，見圖7-20。圖a可明顯地看到，由于鎳的磁致伸縮系數(shù)為負(fù)值，所以壓應(yīng)力則對(duì)鎳的磁化有利，使磁化曲線明顯變陡。而拉應(yīng)力將阻礙磁化過程進(jìn)行，受力愈大，磁化就愈困難，磁導(dǎo)率明顯變小，見圖b ?？傊?，當(dāng)應(yīng)力的方向與金屬的磁致伸縮為同號(hào)時(shí)，則應(yīng)力對(duì)磁化起促進(jìn)作用；反號(hào)時(shí)則對(duì)磁化起阻礙作用。三、形變、晶粒及雜質(zhì)的影響形變對(duì)組織和結(jié)構(gòu)敏感參量的影響十分顯著，這是由于它能使金屬內(nèi)

31、部產(chǎn)生大量的缺陷及很高的應(yīng)力，它們都會(huì)對(duì)磁疇壁的移動(dòng)造成阻力，使磁化發(fā)生困難。形變使磁導(dǎo)率顯著降低，并且形變量愈大，值下降得愈顯著，見圖7-21。Hc則相反，形變量愈大，則愈高。Br在壓縮量為58%以下時(shí)，隨著壓縮量的增大急劇降低，當(dāng)壓縮量大于8%時(shí)，Br隨著加工硬化程度的增大而逐漸增高。再結(jié)晶退火可消除應(yīng)力和缺陷，使磁化過程容易進(jìn)行，從而使顯著增高，Hc下降。在完全再結(jié)晶的情況下，金屬的鐵磁性可以恢復(fù)到加工硬化前的水平。晶粒細(xì)化與加工硬化的效果相似，這是因?yàn)榫Ы缡且环N面缺陷，晶粒愈細(xì)，晶界便愈多，磁化的阻力也愈大，愈難磁化。雜質(zhì)，如碳、氮、錳、硫和磷等，對(duì)鐵的組織敏感參量的影響與它們存在的形

32、態(tài)有關(guān)。有兩種可能情況：一是固溶于鐵中；二是形成夾雜物。若固溶于鐵中便會(huì)造成點(diǎn)陣扭曲，而呈夾雜物存在則使磁疇壁穿孔，它們都會(huì)給疇壁移動(dòng)造成阻力，導(dǎo)致值下降，Hc上升。一般情況是，形成間隙固溶體時(shí)，雜質(zhì)的影響比較大，形成夾雜物和置換式的固溶體時(shí)影響較小。不管是雜質(zhì)以哪種形式存在，它都使單位體積內(nèi)原子磁矩的數(shù)量較小，因而使Ms降低。四、合金成分和組織的影響1）形成固溶體抗磁或順磁金屬溶入鐵磁金屬中形成固溶體時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度Ms隨著溶質(zhì)原子濃度增大而降低。圖7-22 鎳原子的玻爾磁子數(shù)與合金元素的關(guān)系圖7-23 Fe-Ni、Ni-Co和Fe-Co合金的Ms與成分的關(guān)系2)  形成化合物鐵磁

33、金屬與順磁或抗磁金屬所組成的化合物和中間相，如Fe7Mo6，F(xiàn)eZn7，F(xiàn)e3Au，F(xiàn)e3W2和FeSb2，還有NiAl和CoAl等，由于這些順磁或抗磁性金屬的價(jià)電子與鐵磁金屬，3d層的電子產(chǎn)生交換作用，從而改變了3d層的電子結(jié)構(gòu)，因此都呈順磁性。鐵磁金屬與非金屬所組成的化合物，如Fe3O4，F(xiàn)eSi2，-Fe2O3和FeS等，均呈亞鐵磁性，即兩相鄰原子的自旋磁矩呈反向平行排列，而又沒有完全抵消。常見的Fe3C和Fe4N則屬于弱鐵磁相。3）形成多相合金形成多相合金時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度Ms與組成相的磁飽和強(qiáng)度和數(shù)量有關(guān)。Ms可由組成合金各相的相應(yīng)值相加確定，即MsV=Ms1V1+Ms2V2+式中V，

34、V1和V2分別為合金試樣和組成相的體積；Ms，Ms1和Ms2分別為合金試樣和組成相的飽和磁化強(qiáng)度。正是由于存在著此式的關(guān)系，用飽和磁化強(qiáng)度值可以對(duì)合金進(jìn)行定量相分析。多相合金的居里點(diǎn)與相的成分、相的數(shù)目有關(guān)，合金中有幾個(gè)鐵磁相，便相應(yīng)有幾個(gè)居里點(diǎn)，根據(jù)居里點(diǎn)可以對(duì)鐵磁相做出判斷。通常居里溫度都是根據(jù)實(shí)際測量所得到的Ms-T的關(guān)系曲線確定的。假如合金中存在著兩個(gè)鐵磁相，則Ms-T曲線上便會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)拐折，見圖7-24。圖中Tc1和Tc2分別為兩個(gè)不同鐵磁相的居里點(diǎn)。圖7-24 Ms-T曲線假如合金中存在著兩個(gè)鐵磁相，則Ms-T曲線上便會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)拐折，見圖中Tc1和Tc2分別為兩個(gè)不同鐵磁相的居里點(diǎn)

35、。鋼是金屬材料中組織變化比較復(fù)雜的合金之一，經(jīng)不同熱處理工藝所得到的組織及它們的組成相具有不同的磁性。鐵素體具有很強(qiáng)的鐵磁性，是強(qiáng)鐵磁相，F(xiàn)e3C是弱鐵磁相，合金碳化物及殘余奧氏體為順磁相。在鋼的所有組織中除奧氏體組織呈順磁性外，其它組織，如珠光體、貝氏體和馬氏體均為強(qiáng)鐵磁性組織。同一成分的鋼處于不同組織狀態(tài)時(shí)，磁性有很大的差異，見圖。由圖7-25可見，同一含碳量的鋼，淬火比退火狀態(tài)的矯頑力Hc有顯著增高；同樣是淬火或退火狀態(tài)，Hc隨著含碳量的增高而增大，含碳量愈高，退火與淬火后的Hc相差愈大；磁導(dǎo)率的變化與Hc相反。上述現(xiàn)象的產(chǎn)生可以用應(yīng)力理論和雜質(zhì)理論給以滿意的解釋。矯頑力Hc不僅與滲碳體

36、的數(shù)量有關(guān)，而且還與滲碳體的形狀和大小有關(guān)，見圖7-26。曲線表明，細(xì)片狀珠光體的Hc為最高，而粒狀珠光體的Hc為最低。實(shí)驗(yàn)表明，具有粒狀珠光體組織的GCr15鋼矯頑力為8×102A·m-1，而具有片狀珠光體組織的鋼Hc可達(dá)1.62×103A·m-1；7-3  鐵磁性的測量、分析和應(yīng)用一、定量分析的磁場在進(jìn)行鐵磁性定量分析時(shí)，必須選擇一個(gè)合適的磁場。實(shí)驗(yàn)證明，所用磁場的強(qiáng)度能使試樣磁化到飽和狀態(tài)時(shí)，則磁化強(qiáng)度與鐵磁相的數(shù)量成正比。作定量相分析的磁場強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)高于48×104A·m-1，但最低不得小于28×104A&#

37、183;m-1。圖7-27中曲線表示不同磁場強(qiáng)度下，馬氏體和奧氏體混合組織的磁化強(qiáng)度與馬氏體體積百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。如所用磁場不能使試樣磁化達(dá)到飽和狀態(tài)，則鐵磁相的數(shù)量與磁化強(qiáng)度之間偏離直線關(guān)系，而與組織因素有關(guān)。由曲線可見，當(dāng)磁場強(qiáng)度很高時(shí)，試樣的磁化強(qiáng)度與鐵磁相的數(shù)量基本上呈直線關(guān)系；磁場強(qiáng)度較小時(shí)，磁化強(qiáng)度與鐵磁相的數(shù)量即偏離直線，并且磁場愈小和馬氏體量愈少，則偏差愈大。測量磁場強(qiáng)度低時(shí)，出現(xiàn)非線性關(guān)系的原因一：短棒狀試樣磁化后要產(chǎn)生一個(gè)退磁場，它削弱了外加磁場Hc的作用。這時(shí)有效磁場Hi為：Hi=Hc-N0M式中N0為試樣的幾何退磁因子，M為試樣的磁化強(qiáng)度；測量磁場強(qiáng)度低時(shí)，出現(xiàn)非線性關(guān)

38、系的原因二：在馬氏體轉(zhuǎn)變的初期，馬氏體片呈不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，一個(gè)馬氏體片就如同一個(gè)微小試樣，它被磁化之后也產(chǎn)生一個(gè)退磁場。其大小不僅與馬氏體片的形狀、尺寸及方位有關(guān)，而且還與組織狀態(tài)有關(guān)，它等于（1-M）NMM。式中M為馬氏體的體積百分?jǐn)?shù)；NM為馬氏體片的退磁因子?？紤]到退磁因素的有效磁場（1-M）NM可看成是試樣內(nèi)部組織的退磁因子，用Ni表示，則Hi=Hc(N0+Ni)M考慮到組織退磁因素的影響，有效磁場進(jìn)一步被削弱。當(dāng)M =1，即100%的鐵磁相時(shí)，組織退磁因子為零，試樣的磁化磁場僅受N0M的影響，Hi較容易達(dá)到飽和磁化所需要的磁場強(qiáng)度，從而保證試樣的磁化強(qiáng)度與鐵磁相的數(shù)量成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)變初期鐵

39、磁相的數(shù)量較少時(shí)，磁化磁場強(qiáng)度受幾何退磁因素與組織因素雙重影響，偏離飽和磁化所需的磁場強(qiáng)度比較大。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變的數(shù)量愈少，磁化強(qiáng)度與馬氏體數(shù)量之間偏離正比關(guān)系的程度愈明顯。轉(zhuǎn)變數(shù)量增多，Ni逐步變小，偏離情況也逐漸減小，轉(zhuǎn)變到達(dá)一定數(shù)量后，磁化強(qiáng)度與馬氏體的數(shù)量之間呈直線關(guān)系。從上所述可以得知，奧氏體轉(zhuǎn)變的數(shù)量變化時(shí)，對(duì)磁場強(qiáng)度的要求是能在轉(zhuǎn)變初期將所有鐵磁相磁化到飽和狀態(tài)。為了保證奧氏體轉(zhuǎn)變數(shù)量與磁化強(qiáng)度之間的正比關(guān)系，磁場強(qiáng)度應(yīng)高于28×104A·m-1。磁場強(qiáng)度對(duì)測量結(jié)果的影響：從圖7-28可以看到，當(dāng)磁場強(qiáng)度為8.8×104A·m-1時(shí)，片狀

40、和球狀珠光體組織的M-t曲線，在低溫時(shí)將重合在一起，這說明組織因素對(duì)測量結(jié)果無影響。由于高溫區(qū)磁化比低溫區(qū)更加困難，上述磁場強(qiáng)度在低溫時(shí)接近飽和磁化磁場強(qiáng)度，而高溫時(shí)磁化并未達(dá)到磁飽和狀態(tài)，因此，磁化強(qiáng)度存在著差別。當(dāng)磁場增加到32×104A·m-1時(shí)，兩種組織的試樣M-t曲線完全一致，這時(shí)高溫區(qū)磁化也達(dá)到了飽和狀態(tài)，組織因素對(duì)測量結(jié)果的影響也已消除。這個(gè)例子說明，在高溫下進(jìn)行鐵磁分析比低溫時(shí)需要更強(qiáng)的磁場，才能得到準(zhǔn)確的定量關(guān)系。二， 測量方法1）沖擊測量法沖擊測量所用的儀器稱為沖擊磁性儀，它主要用于測量飽和磁化強(qiáng)度；圖7-29 沖擊磁性儀示意圖投入試樣前后磁通量：設(shè)投入

41、試樣之前測量線圈中的磁通量為1,則 1=B×S1 ；式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；S1 為測量線圈的斷面積。試樣投入之后，線圈中相當(dāng)于增加了一個(gè)鐵芯，由于鐵磁相磁化的結(jié)果，磁通量將增加到2，它等于 :2=B×S1+0Ms×S2 ；式中S2為試樣的斷面積；0為真空磁導(dǎo)率。試樣投入前后測量線圈中磁通的變化量為：=21=0Ms×S2試樣投入后測量線圈中的磁通從1隨時(shí)間變化為2，由此所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 ：式中N為測量線圈的匝數(shù)。設(shè)測量回路中的電阻為R，則回路中的感應(yīng)電流：在時(shí)間t內(nèi)流經(jīng)檢流計(jì)的電量為，通過檢流計(jì)的電量Q與檢流計(jì)燈尺上光點(diǎn)最大偏移的格數(shù)m成正比，

42、故Q=Cbm   式中Cb為沖擊檢流計(jì)的沖擊常數(shù)。測量飽和磁化強(qiáng)度Ms式中C稱為測量回路的沖擊常數(shù)，單位為Wb·mm-1 ,通常用實(shí)驗(yàn)方法測定。測量線圈的匝數(shù)N為已知，測出試樣的斷面積，讀出試樣投入后的檢流計(jì)光點(diǎn)偏移的格數(shù)，根據(jù)上式確定飽和磁化強(qiáng)度Ms。這種儀器的磁場強(qiáng)度大于28×104A·m-1，測出的Ms與鐵磁相的數(shù)量成正比，適于做定量分析。例如，測量淬火鋼中殘余奧氏體的數(shù)量和鐵磁相的數(shù)量，研究與此有關(guān)的金屬學(xué)問題。如在磁極的內(nèi)孔中裝以加熱或低溫裝置可研究高溫或低溫下的組織轉(zhuǎn)變。所用試樣直徑一般取310mm，長度與磁極間隙大小有關(guān)，當(dāng)間隙為

43、20mm時(shí)試樣長度不應(yīng)小于50mm。測量線圈的內(nèi)徑應(yīng)盡量接近試樣的直徑，測量結(jié)果才比較穩(wěn)定。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高，操作簡便，試樣不需要裝夾，這在某些情況下，如研究形變對(duì)相變的影響，有突出的優(yōu)越性。不足之處是：它不能連續(xù)讀數(shù)，對(duì)于一些變化速度較快的過程無法跟蹤測量。2）熱磁儀測量法熱磁儀，也可用于測量飽和磁化強(qiáng)度這里V為試樣的體積；H為磁場強(qiáng)度；M為磁化強(qiáng)度； j為試樣與磁場之間的夾角。在測量過程中很小，故可以認(rèn)為sin j sin j 0,以j 0代替j，則上式表明，測量所得到的愈大，磁化強(qiáng)度就愈大。當(dāng)磁場強(qiáng)度高于28×104A·m-1時(shí)，M即為磁飽和強(qiáng)度Ms，它與試

44、樣中鐵磁相的數(shù)量成正比，在研究工作中常用代表試樣中鐵磁相的數(shù)量。熱磁儀測量法的優(yōu)點(diǎn)：能夠連續(xù)地測量和自動(dòng)記錄，測量速度也較快，可以跟蹤測量轉(zhuǎn)變速度較快的過程，適合于測量過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)。所用試樣的長度為2025mm，直徑為3mm。為了防止氧化，試樣表面要求鍍鉻。3）感應(yīng)式熱磁儀法感應(yīng)式熱磁儀用于測量過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體或貝氏體均為強(qiáng)鐵磁性組織，就如同在線圈W1中增加了一個(gè)鐵芯，從而導(dǎo)致感應(yīng)電動(dòng)勢Ei1增大，但Ei2仍不改變。此時(shí)，回路中的總電動(dòng)勢為Ei1Ei2>0，于是毫伏表的指針便偏離零值，而且奧氏體轉(zhuǎn)變的數(shù)量愈多，毫伏表的讀數(shù)愈大。毫伏表的

45、讀數(shù)反映了奧氏體轉(zhuǎn)變的趨勢，從感應(yīng)電動(dòng)勢的變化曲線可確定奧氏體轉(zhuǎn)變的開始及轉(zhuǎn)變的終了時(shí)間。這種儀器的交變磁場強(qiáng)度只有(3256)×103A·m-1，由于磁場比較弱，所以只用于做定性分析。其優(yōu)點(diǎn)是：測量過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的開始及轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)有足夠的準(zhǔn)確性；能連續(xù)讀數(shù)和自動(dòng)記錄；儀器的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。試樣為圓柱形，直徑為23mm，柱長為30mm，并要求尺寸精確，表面磨光并鍍鉻，防止加熱過程中氧化。4）拋脫法測量時(shí)，首先將試樣置于螺線管和測量線圈中，螺線管通以電流，將試樣磁化到飽和狀態(tài)，然后，去除磁化磁場，這時(shí)試樣保留著剩磁。為了去除剩磁，螺線管通以反向電流，由此產(chǎn)生一個(gè)反向磁場，

46、使試樣退磁。退磁場從零逐步加大，每增大一個(gè)數(shù)值，將經(jīng)過退磁的試樣迅速地抽出測量線圈，置于距測量線圈較遠(yuǎn)的地方。如試樣的剩磁不為零，在抽動(dòng)時(shí)測量線圈中便會(huì)有磁通的變化，由此產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，檢流計(jì)的光點(diǎn)便會(huì)發(fā)生偏移。如經(jīng)過退磁后試樣的剩磁為零，則試樣抽出時(shí)測量線圈中就不會(huì)有磁通的變化，故檢流計(jì)的光點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生偏移，這時(shí)所加的退磁場強(qiáng)度即矯頑力。拋脫法測量矯頑力所用的儀器結(jié)構(gòu)簡單，測量方便。三 鐵磁性分析的應(yīng)用鐵磁分析對(duì)研究鋼的相變動(dòng)力學(xué)，淬火鋼的回火，淬火鋼中的殘余奧氏體，建立合金的相圖，合金的時(shí)效以及合金的結(jié)構(gòu)變化等是一種很有效的方法。（一）測定淬火鋼中的殘余奧氏體量殘余奧氏體對(duì)鋼的工藝性能和機(jī)械

47、性能都有重要的影響。例如，對(duì)工具鋼來說，殘余奧氏體存在可以減小淬火過程中的變形；超高強(qiáng)度鋼中，保留一定量的殘余奧氏體能顯著改善斷裂韌性；GCr15軸承鋼中的殘余奧氏體有利于提高接觸疲勞強(qiáng)度和壽命。1）碳鋼和低合金鋼碳鋼和低合金鋼的淬火組織基本上屬于馬氏體加殘余奧氏體。確定殘余奧氏體的數(shù)量都是通過直接測量淬火鋼中馬氏體的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。知道了馬氏體的數(shù)量，再從試樣中扣除馬氏體，即可得到奧氏體的數(shù)量。馬氏體是強(qiáng)鐵磁性組織，淬火狀態(tài)試樣的飽和磁化強(qiáng)度（Ms）s與馬氏體的數(shù)量成正比。即（Ms)s= j M(Ms)M式中(Ms)M  為馬氏體的飽和磁化強(qiáng)度；j M為馬氏體的體積分?jǐn)?shù)。試樣中除馬氏體

48、外，其余為殘余奧氏體。以j A代表殘余奧氏體的分?jǐn)?shù)，則A+ M=1利用待測試樣的(Ms)s與一個(gè)完全是馬氏體的試樣(Ms)M做比較，從而求得殘余奧氏體所占的體積百分?jǐn)?shù)。完全馬氏體的試樣稱為標(biāo)準(zhǔn)樣 ：一是成分要和待測試樣完全相同；二是要具有100%的馬氏體組織。 在實(shí)際測量中，較常采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣代替理想馬氏體標(biāo)準(zhǔn)樣。對(duì)碳鋼和低合金鋼，選用淬火后立即冷處理或淬火后再經(jīng)250300回火處理試樣作為標(biāo)準(zhǔn)樣。 式中(Ms)r為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣的飽和磁化強(qiáng)度，用實(shí)驗(yàn)測量得到。淬火態(tài)的高碳高合金鋼的組織由馬氏體，殘余奧氏體和合金碳化物組成。其中殘余奧氏體是順磁相，碳化物也是順磁性的。這種情況下確定殘余奧氏體要比

49、一個(gè)順磁相復(fù)雜得多。高碳高合金鋼淬火狀態(tài)的飽和磁化強(qiáng)度仍然采用(Ms)s=jM(Ms)M表示，但試樣中各組成相的體積分?jǐn)?shù)則為j M+ j A+ j cm=1式中j cm為順磁碳化物的體積分?jǐn)?shù)。對(duì)于高碳高合金鋼，(Ms)M更加無法用實(shí)驗(yàn)獲得，故一般采用退火或淬火后經(jīng)高溫回火的試樣做相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣，并用下式進(jìn)行計(jì)算式中(Ms)r為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣的飽和磁化強(qiáng)度，用實(shí)驗(yàn)方法測得；cm用電解萃取或定量金相法確定。測量試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣的飽和磁化強(qiáng)度的方法有沖擊磁性儀法和熱磁儀法，常用的是沖擊磁性儀法，這種測量方法的測量速度快，精確度也較高。2）研究淬火鋼的回火鋼的淬火組織中，無論是馬氏體還是殘余奧氏體都處于亞穩(wěn)狀態(tài)，回火時(shí)要發(fā)生分解。鋼在回火過程中處于多相組織狀態(tài)，其飽和磁化強(qiáng)度服從相加原則。因此，采用測量飽和磁化強(qiáng)度隨回火溫度的變化可作為組織轉(zhuǎn)變的根據(jù)。已知碳鋼在回火過程中，在不同溫度下分別析出三種碳化物即滲碳體，碳化物和碳化物。它們的居里點(diǎn)