磁滞回线及磁化曲线

实验序号：1 实验项目名称：磁滞回线测量

一、实验目的及要求

1、 掌握霍尔法测量磁滞回线的原理及操作方法

2、 测量Cr12模具钢的磁滞回线

3、 计算铁磁材料的性能参数

二、实验设备（环境）及要求

实验仪器如图4所示，它由直流稳流源、交流电压源、数字式特斯拉计（以霍尔传感器为探测器，并有螺旋装置移动）、待测环形磁性材料，上面绕有2000匝线圈，样品的截面为2.00cm×2.00cm间隙为0.2cm，和双刀双掷开关等。

要求：按图示将电路图连接好，并对铁芯消磁、毫特仪调零操作，之后可在老师指导下进行操作，记录数据。

三、实验内容与步骤

㈠实验原理

1、 铁磁物质的磁滞现象

铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的特性，一般都是通过磁化场的磁场强度H和磁感应强度B只见的关系来研究其磁化规律的。

当铁磁物质中不存在磁场时，H和B均应为零，在B-H图中则相当于坐标原点O(图2)。随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。当H增加到一定值时，B不再增加（或增加十分缓慢），这说明该物质的磁化已达到饱和状。Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中的Q点）。如果再使H逐步推到零，则与此同时B也同时减小。然而，其轨迹并不沿原曲线QO，而是沿着另一曲线QR下降B,这说明当H下降为零时铁磁物质中仍保留一定的磁性。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-Hm这时曲线达到Q′(即反向饱和点)。然后，先使磁化场退回到H=0;再使正向磁化场逐渐增大，直到饱和值Hm为止。如此就得到一条与Q-R-Q′对称的曲线Q′-R′-Q,而且自Q点出发又回到Q点轨迹为一闭合曲线，称为铁磁物质的磁滞回线，在此属于饱和磁滞回线。其中，回线和H轴的交点Hc和Hc′称为矫顽力，回线与B轴的交点Br和Br′，称为剩余磁感应强度。

2.磁滞回线的测量

在待测的铁磁材料样品上绕上一组磁化线圈，环形样品的磁路中开极窄均匀气隙，在磁化线圈中，在对最大值磁化电流Im磁锻炼基础上，Il值的磁化而对应每个磁化电流Ik值，用特斯拉计测量气隙均匀磁场区中间部位的磁感应强度B，既能得到该磁性材料的磁滞回线，如图E18-1D的QRQ′R′Q,组成的曲线为磁滞回线。OA曲线为材料初始化曲线。对于一定大小的回线，磁场化电流最大值设为Im，对于每个不同的Ik值，使样品反复的磁化，可以得到一族磁滞回线，如图E3所示，把个磁滞回线的顶点及坐标原点O连接起来，得到的曲线称为基本磁化曲线。

为了得到一个对称而稳定的磁滞回线，必须对样品进行反复的磁化，即“磁锻炼”这可以采取保持磁化电流Ik大小不变的情况下，利用电路中的换向开关使电流方向不断改变的方法来达到目的。在测量基本磁化曲线时，对每一个磁化电流Ik，必须进行磁场锻炼，由此测到的磁感应强度B和磁场化曲线H之间的关系曲线和起始磁化 曲线是不同的。

测量基本磁场化曲线或起始磁化曲线都必须由原始状态H=0和B=0开始，因此测量前必须对待测样品进行退磁，以消除剩磁。

在环形样品的磁化线圈中通过的电流为I，则磁化场磁场强度H为

H=NI/l

N为磁化线圈的匝数，l为样品平均磁路长度，（平均磁路长度因样品而略有不同，经实际测量），H的单位为A/m。

为了从间隙中间部位测得样品的磁感应强度B值，根据一般经验，截面方形样品的常和宽的线度应大于或等于间隙宽度8—10倍这样才能保证间隙中有一个较大区域的磁场是均匀

的，测到的磁感应强度B的值才代表样品中磁场在中间部位实际值。

㈡实验步骤

1. 用数字式特斯拉计测量样品间隙中剩磁的磁感应强度B与位置X的关系，求得间隙中磁感应强度B的均匀区范围ΔX值。

2. 测量样品的起始磁化曲线，测量前先对样品进行退磁处理。若磁化电流的不断反向，且幅度逐渐减小至零，最终使样品的剩磁为零。如电流由0增至600mA再逐渐减小至0，然后双向开关换为反向电流由0增至500mA，再由500mA调至零，这样磁化电流不断反向，最大电流值每次减小100mA，最终将剩磁消除，退磁过程如E18-4所示，然后测量B-H关系曲线。

3. 测量模具钢的磁滞回线前的磁锻炼。由初始磁化曲线可以得到B增加得十分缓慢时，磁化线圈通过的电流值Im，然后保持此电流Im不变，把双向换向开关来回拨动10次进行磁锻炼。（开关拉动时，应使触点从接触到断开时间长些，这是为什么？磁锻炼的作用是什么？）

4. 测量模具钢的磁滞回线。通过磁化线圈的电流从饱和电流Im开始逐步减小到0，然后双向换向开关将电流换向，电流又从0增加到-Im,重复上述过程，即（Hm,Bm）→(-Hm,-Bm),再从(-Hm,-Bm)→（Hm,Bm）。其中每隔50mA测一组(Ii,Bj)值。由公式1求出Hi值。用作图纸作模具钢材料的初始磁化曲线和磁滞回线。记录模具钢的饱和磁感应强度Bm和矫顽力Hc。

四、实验结果与数据处理

1．Cr12磨具钢的实验数据

I/mA H/(A/m) B/mT I/mA H/(A/m) B/mT

0 0 0 -301 -2498.3 -256.2

50 700 16.3 -351 -2913.3 -308

109 904.7 56.1 -400 -3320 -355

150.7 1250.81 98 -451 -3743.3 -397

201.3 1670.79 153.7 -501 -4158.3 -431.3

250 2075 208 -550 -4565 -456

300 2490 263 -600 -4980 -476

350 2905 312 -644 -5345.2 -489

400 3320 354.2 -644 -5345.2 -489

454 3768.2 392 -597 -4955.1 -483

500 4150 418.3 -550 -4565 -477

551.1 4574.13 442.3 -500 -4150 -469

600.5 4984.15 461.3 -445 -3693.5 -459

640.7 5317.81 474.6 -399 -3311.7 -449

640.7 5317.81 474.6 -351 -2913.3 -433.9

593.3 4924.39 468.6 -300 -2490 -414.6

550.5 4569.15 462.6 -250 -2075 -386.5

500.4 4153.32 454.6 -201 -1668.3 -349.8

449.4 3730.02 444.8 -150 -1245 -302.7

400 3320 433 -100 -830 -247.9

350.5 2909.15 418 -50 -415 -188.5

300.3 2492.49 397.2 0 0 -126

248.3 2060.89 368 50 300 -60

201.4 1671.62 333 100 700 16.3

150.8 1251.64 286 151 1253.3 63.2

100.1 830.83 230 200 1660 123.8

49 406.7 171 251 2083.3 185.7

0 0 109 300 2490 242.2

0 0 109 351 2913.3 298

-51.5 -427.45 47.5 400 3320 345

-102.4 -849.92 -17.1 453 3759.9 389

-150.1 -1245.83 -75.9 503 4174.9 421

-199 -1651.7 -136.8 552 4581.6 445

-250 -2075 -197.2 600 4980 464

-301 -2498.3 -256.2 640.5 5316.15 477

2.Cr12模具钢的磁滞回线

五、分析与讨论

经过数据处理后，将数据导入origin，得到上面的Cr12模具钢关于B随H的变化曲线，即磁滞回线。但磁滞回线的形状与原理那边的标准图还有明显的差异，就是在H=0~3000A/m的地方出现B斜率偏大的现象，这可能是一开始没有完全消磁，造成在测量其B的值时，出现B的值比较大。另外的磁化曲线从磁化曲线可以看出差异，在相同的B下，磁化曲线的H值比磁滞回线的值还要大，可以推断，磁化时通过消除了一部分剩磁导致所需的H要更大！

六、思考

1. 简述铁磁材料的技术磁化过程。

技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。铁磁材料未放入磁场之前,其内部磁畴排列是杂乱的,对外不显示出磁性.放入外磁场中以后,在外磁场的作用下,磁畴的轴线将与外磁场方向趋于一致,对外显示出磁性. 技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段，急剧磁化阶段以及缓慢磁化并趋于磁饱和阶段。

2. 讨论影响铁磁性参数的因素。

影响铁磁材料的因素主要有温度、形变和晶粒度、形成固溶体及多相合金，其中

① 温度使金属热运动加剧，将影响到自发磁化和技术磁化的过程，因而温度对两类铁磁性参量都有影响。温度升高会使Br和Hc减少。

② ②冷塑性变形会使金属中点缺陷和位错密度增高，造成点畸变加大和应力升高，因而使组织敏感的铁磁性发生变化。

③ 铁磁性金属溶入抗磁性元素或弱磁性元素师，固溶体的饱和磁化强度随溶质的含量增加而降低，铁磁性金属溶入强顺磁性元素时，如溶质组元含量较低时使Ms增加，而含量高时则相反。

3. 简要归纳铁磁性在金属研究中的应用。

①可测出残余奥氏体量②研究合金的失效③分析显微应力④验证双组元合金成分，钢的回火转变⑤检测钢的组织与机械性能。