Relation of the internal demagnetization coefficient of a ferromagnetic material to the parameters of its saturation magnetic hysteresis loop: application to magnetic structuroscopy.

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Changes in the structural parameters and physical and mechanical properties of a ferromagnetic material are reliably monitored using its intrinsic demagnetization coefficient, which arises due to mechanical stresses, inhomogeneities in the structure and anisotropy of the material. However, the determination of the internal demagnetization coefficient of a material requires a cycle of anhysteretic magnetization of thermally demagnetized material with precision measurements of its magnetization and subsequent statistical processing of the measurement results, which reduces the reliability and complicates the use of this coefficient in magnetic structuroscopy. When analyzing the relationship between the internal demagnetization coefficient of a ferromagnetic material and the parameters of the limiting loop of its magnetic hysteresis, the formula for indirect determination of the internal demagnetization coefficient of a ferromagnetic material by its coercivity, residual magnetization and technical saturation magnetization, derived earlier by the author, was used. The influence of heat treatment modes, chemical composition of steels and the ratio between their magnetic parameters on the structural heterogeneity of the studied materials is analyzed. The influence of heat treatment modes, chemical composition of steels and the ratio between their magnetic parameters on the structural heterogeneity of the studied materials is analyzed. An example of analysis of functional dependences and the range of possible changes in the internal demagnetization coefficient of a material at changes in its magnetic parameters in practically important ranges is given. The influence of carbon content in carbon steels on their internal demagnetization coefficient is studied. For the heat-resistant medium-carbon alloyed steel of 34CrMo4 grade, widely used in machine-building in the manufacture of forgings and fasteners, the range of quenching temperature variation, which provides the maximum structural heterogeneity of the quenched steel, has been established. It is shown that in the whole range of changes in tempering temperature of 34CrMo4 steel after quenching, the dependence of the internal demagnetization coefficient on these changes is monotonic. As a result of this study, the indirect determination of the internal demagnetization coefficient according to the proposed formula can be recommended for non-destructive control of tempering temperature of 34CrMo4 steel.

About the authors

S. G. Sandomirski

Joint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of Belarus

Email: sand_work@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9021-2266

References

  1. Jiles D. Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. Published by Chapman & Hall, London (1989).
  2. Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. Наука, Москва (1993).
  3. Клюев В. В., Мужицкий В. Ф., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Магнитные методы контроля. В кн. Неразрушающий контроль. Справочник. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 6. Кн. 1. Машиностроение, Москва (2006).
  4. Чернышев Е. Т, Чечурина Е. Н., Чернышева Н. Г., Студенцов Н. В. Магнитные измерения. Издательство стандартов, Москва (1969).
  5. Бида Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. УрО РАН, Екатеринбург (2005).
  6. Клюев В. В., Сандомирский С. Г. Анализ и синтез структурочувствительных магнитных параметров сталей. Изд. дом «СПЕКТР», Москва (2017).
  7. Петрова Г. Н. Внутренний размагничивающий фактор. Известия АН СССР. Серия географическая и геофизическая, ХIII(4), 363–368 (1949).
  8. Поливанов К. М. Ферромагнетики. Основы теории практического применения. Госэнергоиздат, Москва, Ленинград (1957).
  9. Горкунов Э. С., Захаров В. А., Чулкина А. А., Ульянов А. И. Внутренний коэффициент размагничивания пористых ферромагнетиков при перемагничивании. Дефектоскопия, (1), 3–11 (2004). https://www.elibrary.ru/paqznz
  10. Янус Р. И. Намагничивания кривые. Физический энциклопедический словарь, 3, 354–355. Советская энциклопедия, Москва (1963).
  11. Silveyra J. M., Conde Garrido J. M. On the anhysteretic magnetization of soft magnetic materials. AIP Advances, 12(3), 035019 (2022). https://doi.org/10.1063/9.0000328
  12. Forrer R., Martak J. Le champ demagnetisant structural des ferromagnetiques et sa determination experimentale. Le Journal de physique et le radium. Serie VII, 2(6), 199–204 (1931). (In French)
  13. Сандомирский С. Г. Оценка внутреннего коэффициента размагничивания чугунов по результатам измерения их остаточной намагниченности. Металлы, (3), 88–94 (2013).
  14. Сандомирский С. Г. Изменение связи между магнитными параметрами чугуна по сравнению со сталью под влиянием внутреннего размагничивания. Литье и металлургия, (4(77)), 105–108 (2014). https://elibrary.ru/tnajad
  15. Anhalta М., Weidenfeller B., Mattei J. L. Inner demagnetizing factor in polymer bonded soft magnetic composites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 320(20), e840–e844 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.04.061
  16. Skomski R., Hadjipanayis G. C., Sellmyer D. J. Effective demagnetizing factors of complicated particle mixtures. IEEE Transactions on magnetics, 43(6), 2956–2958 (2007). https://digitalcommons.unl.edu/mrsecfacpubs/71
  17. Takács J., Kovács G, Varga L. K. Internal demagnetizing factor in ferrous metals. Journal of Metallurgy, 752871 (2012). https://doi.org/10.1155/2012/752871
  18. Varga L. K., Franco V., Kákay A., Kováčb J., Mazaleyrat F. The role of internal and external demagnetizing effects in nanocrystalline alloys. Transactions on Magnetics, 37(4), 2229–2231 (2001).
  19. Varga L. K., Kováčb J., Novák L. Determination of external and internal demagnetizing factors for strip-like amorphous ribbon samples. Journal of Magnetism and Magnetic Material, 507, 166845 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166845
  20. Onderko F., Bircáková Z., Kollár P., Füzer J. et al. Influence of ferrite and resin content on inner demagnetizing fields of Fe-based composite materials with ferrite-resin insulation. Acta Physica Polonica A, 137(5), 846–848 (2020). http://doi.org/10.12693/APhysPolA.137.846
  21. Mccann Steven M., Leach J., Reddy Subrayal M., Mercer T. Methods of investigating the demagnetization factors within assemblies of superparamagnetic nanoparticles. AIP Advances, 12, 075212-1 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0095899
  22. Бозорт Р. Ферромагнетизм. Иностранная литература, Москва (1956).
  23. Сташков А. Н., Сомова В. М., Сажина Б. Ю. и др. Магнитный метод определения количества остаточного аустенита в мартенситно-стареющих сталях. Дефектоскопия, (12), 36–42 (2011). https://elibrary.ru/ooqqhr
  24. Сташков А. Н., Сомова В. М., Сажина Е. Ю. и др. Магнитные свойства мартенситно-стареющей стали ВСН-2УШ, подвергнутой пластической деформации. Дефектоскопия, (12), 41–52 (2013). https://elibrary.ru/rvwexh
  25. Сербин Е. Д., Костин В. Н. О возможности оценки магнитострикционных характеристик объемных ферромагнетиков по их магнитным свойствам. Дефектоскопия, (5), 31–36 (2019). https://doi.org/10.1134/S013030821905004X
  26. Сандомирский С. Г. Способ построения безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала: пат. 24370 Республики Беларусь. Афiцыйны бюллетень, № 5 (2024).
  27. Сандомирский С. Г. Определение безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала по параметрам предельной петли его магнитного гистерезиса. Электротехника, (10), 55–60 (2023). https://doi.org/10.53891/00135860_2023_10_55
  28. Янус Р. И. Магнитная дефектоскопия. Гостехиздат, Москва, Ленинград (1946).
  29. Сандомирский С. Г. Чувствительность остаточной намагниченности ферромагнитных изделий к магнитным характеристикам их материалов и геометрическим параметрам. Дефектоскопия, (12), 53–59 (1990).
  30. Сандомирский С. Г. Способ определения внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала: пат. 24437 Респ. Беларусь. Афiцыйны бюллетень, № 6 (2024).
  31. Сандомирский С. Г. Результат моделирования безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала и его использование для магнитного структурного анализа. Тезисы докладов XXXV Уральской конференции с международным участием «Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения)», 13–14 марта 2024, Екатеринбург, с. 54–55 (2024).
  32. Сандомирский С. Г. Моделирование безгистерезисной кривой намагничивания ферромагнитного материала и использование его результата для магнитного структурного анализа. Дефектоскопия, (6), 51–56 (2023). https://doi.org/10.31857/S0130308224060077
  33. Сандомирский С. Г. Повышение структурной чувствительности остаточной намагниченности и коэрцитивной силы сталей. Дефектоскопия, (8), 62–64 (2023). https://doi.org/10.31857/S0130308223080079
  34. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. Перевод с японского М. В. Быстрова под редакцией Г. А. Смоленского. Мир, Москва (1987).
  35. Михеев М. Н., Морозова В. М. Магнитные и электрические свойства стали после различных видов термообработки. ОНТИ по приборостроению ЦНИИКА, Москва (1964).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».