Термомеханическая обработка выше точки Кюри и ее влияние на магнитные свойства сплава Fe-3%Si тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

КИШСТЬРСТЬО ьисшкго И СРВДНКГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАТЕШМЯ РСОСР УРАЛЬСКИЙ ОРДШ ТРУДОЕОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГШ ЦАРСТЬ2ННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.А.Ы.ГОРЬКОГО

На правах рукописи

ТЕШОМЕХАНИЧЕКЛЯ ОБРАБОТКА ВЫШЕ ТОЧКИ КЮРИ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ !1А МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВА &

01.04.II - Фиалка магнитных явлений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КУРЛЯДДСКАЯ ГАЛИНА ВЛАДИМИРОВНА

УДК 669.15 782: (621.785+539.372)

Свердловск 1990

Работа выполнена в лаборатории катни г о,мягких материалов Института физики металлов УрО АН СССР.

Научные руководители -доктор физико-математических наук

В.А.ЗаЙкова,

-доктор технических наук, профессор Б.К.Соколов

Официальные оппоненты -доктор физико-математических" наук

А.С.Ермоленко,

-кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник 1.1. А.Горланова

Ведущее учреждение - Уральский политехнический институт

им.С.М.Кирова (Свердловск)

Защита состоится " С£>-Пие1990 г. в часов на заседании специализированного совета К 063.78.04 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Уральском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им.А.№.Горького (620083, г.Свердловск, К-83, пр.Ленина,61, комната 248).

С диссертацией можно познакомиться в научной библиотеке Уральского университета.

Автореферат разослан '' ^ " ¿¿^¿^-^¿¡Ц1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат ^азико-математических наук, старший научный сотрудник

Н.В.КУДРЕВАТЫХ

ОКЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБ01Ы

Актуальность теш. Из всох магштомягких материалов оамое широкое применение нашли стали на основе сплава &е -3%$¿ , к качеству которых современная техника предъявляет высокие требо-вшшя. Однако традиционные метода их улучшения (повышение степени чистоты материала, остроты кристаллографической текстуры и т.д.) во многом ужо исчерпаны, поэтому особое значение приобретают новые технологии и обработки, к числу которых относится и термомеханическая.

Термомоханическая обработка (lí.lexO) заюючается в охлаждо-нш ферромагнетика под нагрузкой от повышенных температур до комнатной. Это один из способов создания так называемой дополнительной (наведанной) анизотропии, влияющей на вид доменной структуры и ее поведение в процессе перемагшчивания, а значит и на всю совокупность магнитных овойстз. Тшсая обработка может осуществляться от тешератур как ниже точки Кюри (низкотемпературная ТЛехО), так и вше нее (высокотемпературная ШехО). Если влияние первой на магнитные свойства ферромагнитных материалов довольно подробно исследовано, то данных о влиянии второй оказалось мало. Имеющиеся сведения об ее эффективности кроме того против: речивы и часто не согласуются между собой, особенно в наиболее технически важном случае - когда растяжение действует вдоль оси кристаллографической текстури анизотропных электротехнических с тач ей.

Относительно условий и механизма формирования наведенной магнитной анизотропкн при высокотемпературной ТМехО, которые могут отличаться от механизмов наведения магнитной анизотропии при ШехО ниже 7очки Кюри, каких-либо экспериментальных сведений в литературе не бшго, хотя именно определение условий наибольшей эффективности рассматриваемой обработки и выяснение физических: механизмог ее воздействия на материал необходимо для рационального использования термомеханической обработки выше точки Кюри. Из сказанного видна целесообразность постановки новых систематических исследований влияния высокотемпературной ШехО на магнитные свойства ферромагнетиков, при этом удобно использовать оплав 9-е -3$ Si - модельный объект для исследования процессов технического намагничивания и механизмов формирования свойств многоосных ферромагнетиков.

Цодь работы - установление взаимосвязи эффективности термомеханической обработки выше точки Кюри на железо-кремнистых сплавах и некоторых анизотропных электротехнических сталях примерно с 3 вес."^ с условиями и режимами ее проведения. В связи с этим решались следующие задачи:

1. Определить условия максимальной эффективности термомеханической обработки выше точки Кюри по температуре, времени вццеряки образца под нагрузкой и по величине этой нагрузки при разных режимах обработки.

2. Ит'чить по изменению магнитных потерь и доменной структуры образцов ориентацаонную зависимость продольного эффекта ШехО и выявить на этой основе текстурные характеристика анизотропных электротехнических сталей, наиболее благоприятные с точки зрения указанного эффекта.

3. Исследовать влияние изменений в кристаллической структуре образцов, которые возможны при высокотемпературной термо-механичеокой обработке,-на ее эффективность.

Научная новизна работы и результаты, выносимые на защиту:

- впервые проведено систематическое исследование роли ржа • факторов в формировании магнитных свойств, в результате чего сформулированы условия (температура обработки, вреш ввдеркки ' образцов под нагрузкой, величина удельной нагрузка) и подобраны рекяш термомеханической обработки, обеспечивающие получение ее максимального эффекта при прочих равных условиях;

- впервые экспериментально показано, что заметное снижение суммарных магнитных потерь в результате термомеханической обработки, вклвчазцей растяжение вдоль оси кристаллографической текстуры анизотропных электротехнических стая ей, шкет Лить получено только при ШехО выше точки Кори;

- выявлена ориентадаонная зависимость продольного эффекта ИЛехО и на специально изготовленных псдикристаялических образцах экспериментально доказана вааная роль характера кристаллографической текстуры в формировании магнитных свойств. анизотропных электротехнических сталей при высокотемпературной тэр-момс -.аш1ческой обработке;

- проведено систематическое исследование структурных изме-. нений, вызванных ШехО, на различных масштабных уоовнях и независимыми экспериментальными мет одели. Сделаны некоторые вывода относительно роли изменений субструктуры в формировании

магнитных свойств и высказаны предположения о причинах формирования наведенной анизотропии, вызванной термомехаиической обработкой.

Практическая значимость работы:

- на основании исследований широкого к ¡руга электротехмчео-кпх сталей промипленного и лабораторного производства выяснены условия наибольшей эффективности термокеханической обработки вице точки Кюри и показаны возможности се практического применения;

- предсказана и на специально изготовленных экспериментальных образцах доказана благоприятная роль особой кристаллографической текстуры (НО) [001] анизотропных сталей о оптимальным отклонением осей (р01] от плоскости листа на угол(с точки зрения эффективности ТМехО выше точки Кюри).

Апробация работ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на ХУШ Всесоюзной конференции по магнетизму (Калинин, 1368 ), на Уй Всесоюзном совещании по физике и металловедении электротехнических сталей и сплавов (Липецк, 1988 ), на научно-технической конференции "Новые методы ловшшия свойств электротехнических сталей" (Свердловск, 1989 ) и на республиканской школе молодых ученых Украины "Структурно-фазовые превращения и формирование физико-механических свойств металлов" (Славско, 1990 ), 01Ш излажены в 4 научных статьях (1985, 1988, 1989 ), а всего опубликовав" з 7 печатных работах.

Структура к объоч работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и стопа цитированной литературы. Содержание работы излег.ено на 146 страницах, включая 'М рисунков, 22 таблицы и список литературы из 76 наименований.

КРАШЕ СОДЕНдАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоодовала актуальность теш исследования, сформулированы оба;ая цель л конкретные задачи работы, указаны основные результатч, выносимые на защиту.

Первая глава является обзорной. Б ней дш краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований поведения магнитных

свойств железо-кремнистых сплавов под действием термомехаяичес-кой обработки в различных условиях.

В конце главы уточнена поставленная задача и обосновали выбранные пути се решения.

Во второй главе обосновал выбор материала и дана характеристика исследуемых образцов, приведено описание установок, на которых проводили термомеханическую обработку, измеряли магнитные свойства, наблюдали магнитную доменную структуру, а также исследовали структурные особенности опытных образцов.

Использовали анизотропные электротехнические стали с текстурой (ПО) С001] промышленного и лабораторного производства и монокристаллы такой же ориентации примерно с 3 . Термо-

ыеханическую обработку проводили в вакууме Па, растяги-

вающую нагрузку прикладывали всегда вдоль длинной стороны образца, размеры которых составляли 120x5x0,2-0,5 км или 120x15x0,2--0,5 мм. Суммарные магнитные потери измеряли с помощь» ваттметра, гистерезисиые свойства - баллистическим методом, величину остаточного удлинения - с помощью компаратора.

Микроструктуру образцов наблюдали, в оптический или растровый электронный микроскоп, иногда пользовались методом просвечивающей электронной микроскопии. Распределение дефектов в кристаллах изучали также с помощью рентгеновской дифракционной топографии и метода широко расходящегося пучка рентгеновских лучей (ШРП).

В работе указаны погрешности измерений.

Б третьей главе исследовали возможность улучшения магнитны? свойств сплава Зе-ЗЙ (снижения суммарных магнитных потерь) с помощью гермомеханической обработки, для чего подобрали оптималI ные условия этой обработки. Рассматривали образцы, вырезанные как вдоль, так и поперек оси кристаллографической текстуры. Особое внимание уделили выбору исходного состояния образцов.

Результаты проведенных экспериментов показали, что;

I. Термомеханическая обработка анизотропных электротехнических сталей в Направления поперек оси кристаллографической текстуры я монокристаллов ¿£ ориентации, близкой к (110) [001], практически одинаково эффективна при температурах как шш< так и выше точки Кюри, хотя при 800 °С (выше точки Кюри) эффект несколько больше и менее чувствителен к уровню внутренних

напряжений,размеру зерна и т.д. В некоторых случаях для достижения наименьшей величины суммарных магнитных потерь достаточно 'охлаждения под нагрузкой or максимальной температуры.

2. Значительный положительный эффект термомеханической об-.работки анизотропных электротехнических сталей вдоль оси кристаллографической текстуры и монокристаллов ориентации (110) Вш] в направлении [001] возникает в тех случаях, когда она'проводится при температурах выше точки Кюри (например, при 800 °С), при этом для достижения максимального эффекта требуется 5-минутная выдержка.

3. Удалыше нагрузки (напряжения d ) 4-5 Ш1а обеспечивают максимальное сшкеяие оуммарних иаг/шгш« потерь как в направлении вдоль, так и поперек оси кристаллографической текстуры и в поли-, н в монокристаллах.

Таким образом, оптималы гхл следует считать режим: температура обработки - 800 °С, величина удельной нагрузки - 4-5 Ш1а, время вццерзки под нагрузкой при максимальной температуре - 5 минут. Выбранный реяим достаточно удобен технологически, его можно использовать в цепочке производства электротехнических сталей и изделий из mix.

В четвертой главе рассматривали ориентациоиную зависимость продолт-ного оффема термомеханическом обработки выше точки Кюри. Первоначально исследовали монокриоталличеcraie образцы, плоскость поверхности которых совпадала с .плоскостью (ПО). Результаты измерения для них магнитных потерь в исходном состоянии н после ТМехО да 800 с выдержкой 5 минут, удельной нагрузкой 5 Ша предогадлены в табл. I. Нриоталли различаются величиной угла (сi>), который составляет длинная ось образцов о ооыо [00l] , толщина образцов состаатала примерно 0,4 мм.

Разделение суммарна магнитных потерь на гиотерезисные и .вихретоковые показываот, что описанный эффект îiiexO обусловлен совокупным изменением как гистереаионнх составляющих, которые во всех образцах в той или иной мере уменьшаются, так и вихрьто-' ковах, которыо меняются качественно различно: в образцах с

90° они резко снижаются, а в других случаях не изменяются щи дате растут. Разное поведение тхреюкових потерь в образцах разных оркантаций означает, что доменная огруктура и процессы намагничивания, о которыми существенным образом связаны эти

Таблица I

Влияние ориентации оси растяжения на величину продольного эффекта ШехО при 800 °С

Л , град. Состояние Магнитные потери I 1.0/60» ■Ьг/кг

Полн. Изм. Л Гист. Вихр.

I 90 Исходное 1,68 0,44 1,24

МехО 1,16 31 0,40 0,76

2 55 Исходное 1,58 0,42 1,16

МехО 1,56 ' I 0,40 1,16

3 40 Исходное 1,25 0,36 1,01

ТМехО 1,31 -5 0,30 0,70

4 25 Исходное 1,04 0,34 0,70

ТМехО 1,06 -I 0,31 0,75

5 10 Исходное 0,74 0,15 0,59

ТМех0 0,73 -I • 0,15 0,Ь8

6 0 Исходное 0,74 • 0,16 0,58

ТМехО 0,73 -I 0,16 0,57

потери (см., напр. Зайкова В.А., ДрагошанскиЙ Ю.Н. и др., 1977) претерпевает в результате ТМехО качественно различные изменения На рис.1 приведён вид доменной структуры размагниченных образцов, для которых в табл.1 представлены данные по измерению потерь. _

Видно, что ТМехО выше точки Кюри перпендикулярно оси [001} совершенно меняет ввд доменной структуры - сформированная после 1Мех0 доменная структура имеет размерные параметры, по крайней мере, на порядок меньше, чем до 1Мех0, что а приводит к резкое снижению шхрегоковых потерь. Процессы намагничивания в,образца после ШехО осуществляются смещением новых 180-градусных гранщ: а не 90-градусных гранщ,как до ШехО. Правильность этих резул! татов и их объяснений подтверждается нашили измерениями магните сгрикцш монокрасташшческих образцов, различающихся величиной угла сь.

Термомеханичеокая обработка при 600 °С качественно дает т логичный результат (величина удельной нагрузки в этом случае сс : стаашхет 8 ¡¿Па). ,. ■

.„ Trier о

4 ЯП!» П'-ТГ?'

;M .ti f* f:4,4

j |,ч JJ i ¡1». •

Ii'Él ¿'Д á

i r^.y? • - A <>

J

>r,' чг4 M»

K-j^jliafL- • <-У-4

fr'.

'.'Г: V ' '" -

- Ейг'Г*" .-.v -. ir .

K*. > •.....

fe,-

Vrjtfzrrr?. ш

2 Л j' ' fsi ■

f ■ :■ — 1

X

ЧГ

• . -V- V

ff Л iT.r'V'vV ••,

M

, tí-;-"'-.oi kj'!

Piio.I. Вид доменной структуры размагниченных крио-таплов типа (110) [001] до я после ШехО при 800 °С, 5 Mía под разным! углами к оси [001] в плоскости листа

В образцах друтой группы плоскость кристаллов была несколько отклонена от плоскости (ООП. Термомеханическую обработку растяжением проводили параллельно проекции оси [001] на плоскость листа в том ко режиме, что и для образцов порвоЯ серии. Выяснили, что небольшие отклонения по углу ¿Ь (п анизотропных электротехнических сталях сн не превышает 5-7°) приводят к заметному снижению магнитных потерь, а наибольший эф}.*гкт Т1«ех0 выявляется при величине угла (оптимальная ориентация). В случае идеаль-

ной ориентации ( Ы> = 0°, = 0°) величина аффекта находится ка • уровне случайной погрешности измерения, либо даже отрицательна.

Разделение потерь на гистерезисную и вихретоковую составляющие показывает,, что положительный эффе: т Т.ЧэхО (снижение сум/арных 'потерь) на '70~Ьд% связан со снижением ззихретоковой составляющей, особенно чупствителыюй к изменениям размерных параметров доменной структуры.

Наблвдензп за изменением доменной структуры в размагниченном состоянии выявили заметное уменьшение ширины основных доменов в тех образцах, у которых ось £001] отклонена от плоскости листа на некоторый угол, а на поверхности обнаруживаются замыкающие области в виде капель.

а

тд

# М ЬЫУ

га rfmrapww

• ЬнмЬф1 К't .s

с (¡013,6

Рис.2. Вид доменной структуры в размагниченном образце до ЧМехО при 800 °С с нагрузкой 5 МПа, вьдерп-кой 5 минут (а) и после нее (б), для которого уго/ J2> составляет примерно 2е

Поскольку в рассматриваемых случаях перёмагничивание осуществляется как до, так и после 1Мех0 в основном путей смещения 180-градусных границ, изменение ширины основных доменов в результате ШехО непосредственно отрекается на мощности' вохрегоковых потерь. •

Для сравнения на подобных образцах провели исследование эффективности ШехО при температуре 600 °С (нияе точки Кюри) и величине удельной нагрузка 8 Ша. Выяснено, что в этом случае потери изменяются существенно меньше, чем при использовании высокотемпературной обработки, причем эффект полностью связан со снижением гистереаасной составляющей. Это может быть обусловлено либо тем, что энергия наведенной анизотропии, формирующейся ниже точки Кюри (когда имеется доменная структура) заметно ниже энергии анизотропии, формирующейся цри высокотемпературной ТМехО, либо тем, что благоприятному воздействию этой анизотропии

препятствуют какие-то другие факторы, например, стабилизация доменных границ, обычно сопровождающаяся ухудшением магнитных свойств. /

Выведи об ориентацяонной зависимости эффекта "ИехО выше точки Кюри проверяли на специально изготовленных поликристаллических образцах о регламентированной кристаллографической текстурой. По способу изготовления и особенностям текстуры образцу делились на две группы (опытные и контрольные), имеющие одинаковый уровень кристаллографической текстуры (^250013 ВД • но разный ее характер - в опытных образцах большую часть объема занимают зерна оптимальной ориентации, в контрольных образцах такие зерна практически отсутствуют. На рис.3 приведены типичные зависимости изменения магнитных потерь в образцах этих двух групп.

Рис.3. Зависимость магнитных потерь от величины удельной нагрузки в голикристаяличес-ких образцах: 1,2,3 - сум- ' парные магнитные потери; .4,5,6 - вихретоковые потери а 7,8,9 - гистерезисные потери в контрольном (о ), опишем Г ( х) а опытном 2 (в) образцах соответственно.

. : Bw = 1,5 Тл, jf = 60-Ifc

С ростом нагрузки при ШехО суммарные магнитные потери изменяются по кривым с минимумом, но в контрольном образце максимальный эффект ШехО при 800 °С составляет 3% (iia уровне случайной погрешности измерений, тогда как в опытящ I, аналогичном

13 б.нпа

контрольному по исходным свойствам, и в опытном 2, исходные значения потерь в котором заметно шгае, чем в предыдущих, - около 6 и % соответственно.

Из разделения потерь на вихретоковые и гистерезисныв следует, что разница эффекта 1МехО в рассматриваемых образцах связана, главным образом, с различным поведением вихретоковых потерь: в контрольном образце они остаются неизменны!,ш, тогда как в опытных образцах заметно снижаются. Поведение вихретоковых потерь качественно коррелирует с изменением размерных параметров доменной структуры в результате термомеханической обработки.

В последней части четвертой главы рассматривается вопрос об эффективности высокотемпературной термомеханической обработки анизотропных электротехнических сталей промысленного производства. _ *

Результаты исследований показали, что:

1. Продольный эффект термомеханической обработки ври 800 °С в кристаллах типа (110) [001] сплава 5*6-3^51 -резко анизотропен: при растяжении параллельно оси [ПО] потери сильно уменьшаются (на 30-40^), параллельно осям [Д~3 и [001] они практически не изменяются. Аналогичный результат получен после 'ШехО при 600 °С.

2. Б кристаллах, плоскость листа которых повернута вокруг оои [НО] на некоторый угол уа , а растяжение при ШехО производится вдоль проекции оси [001] на плоскость листа, потери заметно снижаются. Наибольшее снижение (до 15$ выявляется при ^«2-3°. Термомеханическая; обработка при 600 °С в этих случаях обеспечивает величину эффекта, 'близкую к погрешности измерений.

3. Термомеханическая обработка выше точки Кюри будет значительным резервом повышения качества анизотропных сталей с особым характером текстуры, при котором оси [001] кристаллитов состав. ляли бы с гиоскоо'тыи листа углы 2-3°, а их проекции на эту плоскость-были бы параллельны направлению прокатки. Справедливость стого вывода подтверждена исследованиями специально изготовленных поликрнсталлачеоких образцов, подавляющая часть кристаллитов в которых имеет ориентировку, близкую к указанной.

4. Поведение суммарных магнитных потерь при ТМехО во всех рассмотренных случаях качествешю коррелирует о изменением размерных параметров доменной структура в результате гермсмвхаяа-ческой обработки.

5. Высокотемпературная термомеханическая обработка современных электротехнических сталей промышленного производства в некоторых случаях мажет найти практическое применение, однако величина эффекта в обычных сталях невелика из-за отсутствия в них подходящего характера кристаллографической' текстуры. Зто подтверждает необходимость разработки технологии получения отаии с оптимальной ориентацией кристаллитов, в которой изначально небольшие потери могут быть дополнительно снижены предложенной обработкой.

В главе 5 рассматривается вопрос об условиях формирования магнитных свойств в сплаве 5«. -3% при высокотемпературной термомеханической обработке.

В первую очередь исследовали формирование магнитных свойств перпендикулярно оси кристаллографической текстуры при TMexO с растяжением для поли- и мояокристаллических образцов, для чего использовали разные режимы обработки, при которых растягивающая нагрузка действовала в разных температурных интервалах. Ре-аил I -охлаждение под нагрузкой от 800 °С, режим П - выдержка 5 минут под нагрузкой при 800 °С и охлаждение под нагрузкой-, а режим Ш -выдержка 5 минут под нагрузкой при 800 °С и охлаждение без нагрузки. В табл. 2 представлено изменение суммарных магнитных потерь мококрпсталлических образцов, вырезанных вдоль направления [110] в результате термомеханической обработки, толщина образцов около 0,35.

Таблица 2

Изменение магнитных потерь монокристаллических образцов, вырезачных поперек оси кристаллографической текстуры в результате ИехО при 800 °С в различных .режимах, б1 = 5 МОа

№ обр. Состояние Р1.0/60- д Р/Р, %

I Исходное ' 1,50

ЖехО, I режим 1,14 24 -

2 Исходное 1,73

ШехО, П режим 1,16 35

3 Исходное 1,68

МехО, Ш реяим 1,47 12

Обработка в рекиме Ш снижает потери лишь на 12%, тогда как в режимах I и П более чем на 20$. При этом, независимо от- величины исходных потерь, после ТМехО достигается примерно одинако- . вое их конечное значение в обоих случаях, а их уровень после ШехО, как и в поликристаллах, оказывается значительно нине, чем после обработки в режиме Ш. Однако увеличение скорости охлаждения в режиме Ш свыше 400 °С в минуту приводит к резкому снижению величины с„ммарных i;шгнитных потерь, хотя достичь того же уровня, что и при обработках в режимах I и П не удается, возможно, из-за недостаточно высокой скорости охлаждения.

Разные режимы IMaxO приводшш к неодинаковой величине остаточной деформации. Охлаждение под нагрузкой ^ = 5 МПа не давало заметного остаточного удлинения. На образцах, прошедших.обработку в режиме П, удлинение выявлялось уне пооле однократной об работки, составляя около 0,03$. Обработка в режиме Ш обеспечивала остаточное удлинение около 0,02$ при выдеркке под нагрузкой 5 минут.

Для монокристаллических образцов, результаты магнитных измерений которых представлены в табл. 2, данные топографических исследований находились в соответствии с величшюй остаточного удлинения.

Охлаждение под нагрузкой без предварительной выдержки при 800 °С (I реним) не приводит к изменению топографического изобра-яения кристалла. После приложения нагрузки только во время выдержи при максимальной температуре (Ш режим) в некоторых местах выявляется рассыпание субгршшц с раз ориентировкой решетки ~ I минуты и образование новых субграниц с разориентировкой решетки в несколько шнут. Наиболее заметные изменения топогра^ческого изображения обнаруживаются после терыомеханической обработки в режиме П. На месте слабо выраженных до ШехО разветвленных суб-гра"ац с небольшой разориентировкой решетки после ШехО появляются резко очерченные границы субзерен с разориентировкой до 10 шнут (рис.4).

Для практики, однако,- наибольший интерес представляет случай, когда растяжение ара ТЫехО производится вдоль оси кристаллографической текстуры. D этой части работы исследовали монокристаллы с поверхности, несколько отклоненной от плоскости (110). Растяжение проведали вдоль проекции оси [001] на плоо-кость лисха при 80Q °С, d и о МПа (табл. 2).

б

Рис.4. Рентгеновские голограммы кристалла железо-кремнистого

сплава в исходном состоянии, (а) и после ШехО в режиме П о натру жени ем вдоль [ПО] (б): ^Со-излучёнле рефлекс (211)

Режим П, включающий 5-юшугную ввдерлку при 800 °С и охлаждение под нагрузкой, обеспечивает наименьший уровень суммарных магнитных потерь, в этом режиме всегда наблюдали остаточное удлинение образцов после ШехО (следовательно,и изменения структуры) .

Соответственно наиболее подробно исследовали изменения дислокационной структуры тленно при том режиме ШехО, когда ее эффект максимален. По данным В.В.Губернаторобе с соавторами известно, что в сплаве %bi существует развитая субструктура

Таблица 3

Изменение магнитных потерь в продольных монокристаллических образцах в результате термомеханической обработки при 800 °С,

«¿=»0,37 мм

К1 обр. Состояние р1,5/60- Вт/ет д Р/Р.56

I Исходное 1,25

TifcxO, I режим 1,10 12 0,00

2 Исходное 1,25

UfexO, I режим 1,18 6 0,00

3 Исходное 1,23

"ШехО, П режим 1,05 15 0,04

4 Исходное 1,24

№х0, IT рекам 1,06 15 0,04

5 Исходное 1,24

Hv!ex0, Iii режим 1,12 10 0,02

6 Исходное 1,21

ТМехО, Ш режим 1,15 5 0,02

роста, которая сохраняется после высокотемпературных отжигов. Расположение этих субграниц связано с движением фронта роста при рекристаллизации. В работе пох^азано, что термомехаяическая обработка в оптимальных условиях не меняет структуру субграниц роста вне зависимости от их ориентации яо отношению к оса растяжения: т.е. изменения магнитши. свойств в процессе термомехаяаческой обработки слабо связаны с субструктурой роста, во всяком случае, ее поведение не проясняет механизм формирования свойств.

Полученные экспериментальные результаты позволяют считать, что основной причиной скжзпия суммарных магнитных потерь в результате ТЫехО является наводимая при ШехО одноосная анизотропия, приводящая к згъметным изменения!.; доменной структуры кристаллов, а не те небольшие структурные изменения, которые вызваны высокотемпературной.термокаханаческой обработкой. На основе полу^снша в настоящей работе данных обсуждаются существующие в настоящее время представления о процессах формирования наведенной магнитной анизотропии при !ШехО выше точки Кюри. Предполагается, что полученный набор экспериментальных результатов могло

объяснить, используя представления о роли образования пар атомов одного типа в бинарном сплаве.

Результаты главы 5 показывают, что:

1. Термомеханическая обработка сплава -3£ Si в направлении [НО] эффективна для температур как выше, так и ниже точки Кюри, причем для достижения ее максимального эффекта достаточно охлаждеш1Я под нагрузкой без выдержи при максимальной температуре, когда остаточное удлинение зафиксировать не удается.

2. Выявлен значительный эффект ШехО в условиях одноосного растяжения, действующего только при температуре 800 °С, превышающей точку Кюри. Величина эффекта зависит от скорости последующего охлаждения образца без нагрузки и увеличивается с ростом этой скорости.

3. Термомеханическая обработка сплава -з% Si в направлении [001] эффективна только для температур выше ;:очкл Кюри. Для достижения ее максимального эффекта необходима некоторая выдержка образца под нагрузкой при максимальной температуре, а небольшая пластическая деформация (около 0,04$) даке увеличивает эффективность ТМехО.

4. Высокотемпературная ШехО инициирует в кристаллах яеле-зо-кремнистого сплава процессы микропластичности и полигониза-ции, приводящие к повышению объемной плотности дислоглций, образованию отдельных дислокационных стенок и их систем вдоль определенных кристаллографических направлений, увеличе;ща угла анизотропной разориентировки решетки, появлению полей внутренних напряжений.

Структурный эффект Т^'ехО кристаллов железо-кремнистого спла-. ва зависит от ориентации направления нагружения и от их исходного совершенства. Он существенно больше при нагружении вдоль кристаллографического направления [II0], чем вдоль [001] , так как в первом случае деформация развивается активнее из-за того, что работает меньшее число источников-полных дислокации с наименьшей энергией. Развитая субструктура роста не меняется в процессе ШехО, выполненной по оптимальному режиму.

Часть эффекта ШехО может быть связана с выравниванием внутренних напряжений (например, за счет перестройки дислокационной структуры), которое происходит полнее при наличии небольшой выдержки при обработке. '

5. Результаты работы позволяют предположить, что наведенная магнитная анизотропия в сплаве de -3$ Si при Т.МехО сиие точки Кюри связана с особенностями направленного ближнего порядка, который формируется, например, за счет анизотропного распределения пар атомов кремния по отноаснин к направлению растяжения. В продольном направлении формирование направленного ближнего порядка, ооеслечиваь'^его заметную эффективность высокотемпературной T.V'exO, возможно только в условиях малой пластической деформации.

ОСНОВНЫЕ БЫБОДЦ

I. Впервые по: юано, что максимальное снижение суммарных магнитных потерь, достигаемое в результате термомеханической обработки с использованием растяжения вдоль оси кристаллографической текстуры анизотропных электротехнических сталей, обеспечивается при нагружении в температурном интервале выше точки Кюри.

2.. Сформулированы условия (температура обработки 600 °С, удельная нагрузка 4-5 Ша, время выдержки при максимальной температуре 5 минут) и подобраны режимы термомеханической обработки, обеспечивающие получение максимального эффекта вдоль оси текстуры анизотропных электротехническихх сталей.

3. Эффект термомеханической о'ра отки, выполняемой при 800 °С в кристаллах типа (ПО) [OOl] сплава резко анизотропен : при растяжении параллельно оси [ПОЗ суммарные магнитные потери уменьшаются на J0-4C(£, а под углали Ы. 4 55° к оси [001} не меняются, либо дате несколько увеличиваются. В кристаллах, плоскость которых отклонена от плоскости (ПО) на угол Ji =2-3°, а растяжение при ТМехО производится вдоль проекция оси [001] на плоскость листа, потери в результате ука'анной обработки снижаются на 10-15?, что связано в основном с уменьшением их вихретоковой составляющей.

4. Термомеханическую обработку сплава ^ге-'ЖЬс в направлении [ПО] можно проводить в упругой области как вьгле, тыс и ниже точки Кюри. Обработка г направлении [001] аффективна только для температур выие точки Кюри в условиях мглой пластической деформации до 0,1%.

5. Термомехакическая обработка выше точки Кюри приводит

к повышению объемной плотности дисло.чвдиа, Образования отдель-

-18-

них стенок И их сисэм, увеличению угла анизотропной разориен-тировки решетки, поэтому определенная часть эффекта рассматриваемой обработки может быть связана с выравниванием внутренних напряжений. В сплаве Зе -3%-Si наведенная при ТЫехО выше точки Кюри магнитная анизотропия, вероятнее' всего, связана с эсобенностями направленного ближнего порядка.

6. Высокотемпературная термомеханическая обработка анизотропных электротехнических сталей особенно эффективна в ста-1ях со специальным характером текстуры, при котором ближайшие < плоскости листа оси [001] кристаллитов отклонены от нее ia углы 2-3°, а их проекции на эту плоскость параллельны оси текстуры.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях :

'.. Губернаторов В.В., Курляндская Г.В., Брышко H.A., Соколов Б.К. Субграницы в зернах вторичной рекристаллизации, их образование и использование для повышения электромагнитных свойств сплава //Изв.АН СССР.Сер;фип.-1985.-

Т.49,№ 8.-С.I624-1628.

Зайкова В.А., Курляндская Г.В. Влияние условий термомеханической обработки при 800 °С на магнитные потери в сплаве $ß -3%-Si А!и-т физики металлов УрО АН СССР.-Свердловск, 1988.-9 с.-Деп.ВЖШИ.29.06 № 5542-В88. . Агапова Е.В., Гундарев В.М., Курляндская Г.В., Зайкова В.А. Структурная дефектность кристаллов железо-кремнистого сплава и влияние на нее высокотемпературной термомеханической обработки /Ин-т физики металлов УрО АН СССР.-Свердловск, 1988.-22 с.-ДеП.ВИНИТИ .29.06 № 5542-В88. ' . Зайкова В.А., Агапова Е.В., Курляндская Г.В.,„Гундарев В.М. Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на магнитные потери, доменную структуру и совершенство кристаллов сплава /ДУШ Всесоюз. конф.по физике магнитных явлений : Тез.докл.-Калинин,1988.-С.912-913. . Курляндская Г.В., Зайкова В.А., Агапова Е.В.', Гундарев В.М. Термомеханическая обработка выше точки Кюри - эффективный способ воздействия на магнитные свойства и структурное совершенство кристаллов сплава //Новые методы повышения свойств электротехнических сталей : Докл. науч.-техн. конф.- Свердловск,1989.-С.25.

6. Зайкова В.А., Курляндская Г.В., Губернаторов В.В., Кетов С.11. Ориентационная зависимость продольного эффекта тормоыеханичесной обработки в сплаве Ы //Ж,!.-Т.68, ШП.4.-С. 782-791.

7. Бояршнова Т.С., Курляндская Г.В. Электронномикроскопичес-кое исследование изменений структуры при термомеханической обработке железо-кремнистого сплава выше точки Кюри //Структурно-фазовые превращения и формирование физико-механических свойств металлов : Докл. респ. школы молодых учёных Украины.- Славско, 1990.-СЛ6.

Подписано к печати ?б.06.90. НС ?3770 ф0рмат 60x84 1/16 Бумага для множительных аппаратов. Печать плоская. Объём 1.0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно.

Уральский ун-т. 620083, г.Свердловск, К-83, пр.Ленина,51

Типолаборатория УрГУ ,620083, г.Свердловск,К-83, пр.Ленина,51