常用鑄鐵的微觀組織分析ppt課件

1、南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 實驗二 鐵磁相變和居里溫度的直接觀測1實驗?zāi)康?) 了解鐵磁物質(zhì)在居里溫度點由鐵磁物質(zhì)鐵磁相轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾盼镔|(zhì)順鐵磁相的相變過程微觀機理。2) 測定鐵磁資料樣品的居里溫度。南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 2實驗原理由于外加磁場的作用，物質(zhì)中形狀發(fā)生變化，產(chǎn)生新的磁場的景象稱為磁性。物質(zhì)的磁性可分為反鐵磁性抗磁性、順磁性和鐵磁性三種，一切可被磁化的物質(zhì)叫做磁介質(zhì)，在鐵磁質(zhì)中相鄰電子之間存在著一種很強的“交換耦合作用，在無外磁場的情況下，它們的自旋磁矩能在一個個微小區(qū)域內(nèi)“自發(fā)地整齊陳列起來而構(gòu)成自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為磁疇。在未經(jīng)磁化的鐵磁質(zhì)中，雖然每一磁疇內(nèi)部都有確

2、定的自發(fā)磁化方向，有很大的磁性，但大量磁疇的磁化方向各不一樣因此整個鐵磁質(zhì)不顯磁性。圖1和圖2分別是加磁場前后的多晶磁疇構(gòu)造。 南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 圖1 未加磁場多晶磁疇構(gòu)造圖2 加磁場時多晶磁疇構(gòu)造南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 當鐵磁質(zhì)處于外磁場中時，那些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場的增大而擴展并使磁疇的磁化方向進一步轉(zhuǎn)向外磁場方向；另一些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成大角度的磁疇其體積那么逐漸減少，這時鐵磁質(zhì)對外呈現(xiàn)宏觀磁性。當外磁場增大時，上述效應(yīng)相應(yīng)增大，直到一切磁疇都沿外磁場陳列好，介質(zhì)的磁化就到達飽和。 由于在每個磁疇中元磁矩已完全陳列整齊

3、，因此具有很強的磁性，這就是為什么鐵磁質(zhì)的磁性比順磁質(zhì)強得多的緣由。介質(zhì)里的摻雜和內(nèi)應(yīng)力在磁化場去掉后妨礙磁疇恢復(fù)到原來的退磁形狀，從而呵斥磁滯景象。 南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 鐵磁性是與磁疇構(gòu)造分不開的。當鐵磁體遭到劇烈的震動，或在高溫下由于猛烈運動的影響，磁疇便會瓦解，這時與磁疇聯(lián)絡(luò)的一系列鐵磁性質(zhì)如高磁導(dǎo)率、磁滯等全部消逝。對于任何鐵磁物質(zhì)都有這樣一個臨界溫度，高過這個溫度鐵磁性就消逝，變?yōu)轫槾判裕@個臨界溫度叫做鐵磁質(zhì)的居里點Tc。磁疇的出現(xiàn)或消逝，伴隨著晶格構(gòu)造的改動，所以是一個相變過程。居里點和熔點一樣，因物質(zhì)不同而不同，如鐵、鎳、鈷的居里點分別為1043K、631K、3K

4、。 南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 磁介質(zhì)的磁化規(guī)律可用磁感應(yīng)強度B、磁化強度M和磁場強度H來描畫，它們滿足以下關(guān)系：B = 0 (H+M)= ( Xm+1) 0H= r0H = H式中，0410-7亨利/米為真空磁導(dǎo)率，Xm為磁化率，r為相對磁導(dǎo)率，是一個無量綱的系數(shù)，為絕對磁導(dǎo)率。對于順磁性介質(zhì)，磁化率Xm0，r略大于1；對于抗磁性介質(zhì)，Xm1，所以r 1。南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 圖3 磁化曲線和-H曲線 圖4 -T曲線南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 圖3是典型的磁化曲線B-H曲線，它反映了鐵磁質(zhì)的共同磁化特點：隨著H的添加，開場時B緩慢的添加，此時較??；而后隨H的添加B急劇

5、增大，也迅速添加；最后隨H添加，B趨向于飽和，而此時的值在到達最大值后又急劇減小。圖3闡明了磁導(dǎo)率是磁場H的函數(shù)。從圖4中可看到，磁導(dǎo)率還是溫度的函數(shù)，當溫度升高到某個值時，鐵磁質(zhì)由鐵磁形狀轉(zhuǎn)變成順磁形狀，在曲線突變點所對應(yīng)的溫度就是居里溫度Tc。 南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 在居里溫度Tc以下，對鐵磁資料磁化可得到磁滯回線。對磁體加熱，磁滯回線收縮。當溫度到達Tc時，磁滯回線消逝，鐵磁相轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾畔唷Ｔ赥c附近，磁化強度M和溫度T的關(guān)系可用下式描畫：M (T) = K (Tc-T)lnM=lnK+ln(Tc-T)其中的典型值在0.3-0.4之間。南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 3實驗

6、儀器磁滯回線實驗儀、數(shù)字萬用表、示波器、加熱爐、水銀溫度計等。4實驗內(nèi)容及步驟1) 電路銜接：選擇樣品，按實驗儀上所給的電路接線圖銜接好線路。令R12.5，置勵磁電壓U于0位。UH和UB分別接示波器的“X輸入和“Y輸入，插孔“為接地公共端。2) 樣品退磁：開啟儀器電源開關(guān)，對樣品進展退磁，順時針方向轉(zhuǎn)動電壓U的調(diào)理旋鈕，察看數(shù)字電壓表可看到U從0逐漸添加增至最大，然后逆時針方向轉(zhuǎn)動電壓U的調(diào)理旋鈕，將U逐漸從最大值調(diào)為0，這樣做的目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性形狀，即BH0。南京理工大學(xué)資料科學(xué)與工程系實驗 3) 退磁后，令R12.5，察看樣品的在50HZ交流信號下的磁滯回線：開啟示波器電源，調(diào)理示波器上“X、“Y位移旋鈕，使光點位于坐標網(wǎng)格中心，調(diào)理勵磁電壓U和示波器的X和Y軸靈敏度，使顯示屏上出現(xiàn)大小適宜、美觀的磁滯回線圖形假設(shè)圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)，這時可降低U予以消除，從已標定好的示波器上讀取UX(UH)、UY(UB)值峰值，計算相應(yīng)的H、B和M。4) 用電爐加熱樣品，并用水銀溫度計丈量溫度。磁滯回線隨著溫度的升高而減少，在居里溫度時，磁滯回線消逝，至此直觀而清楚的觀測了鐵磁到順磁的相變?nèi)^程，并測得鐵磁資料樣品的居里溫度Tc。觀測5個溫度包括居里溫度，此時M0下的磁滯回線，計算相應(yīng)的B、H和M，逐點描畫作M-T和lnM-ln(Tc-T)關(guān)系曲線，求出。南京