專利名稱：：測定電工鋼和鐵芯的磁感的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電工鋼及其產(chǎn)品-鐵芯的磁感的測定方法。
背景技術(shù)：
：電機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁開關(guān)和各種電磁傳感器等產(chǎn)品的核心材料是制造鐵芯的硅鋼、純鐵和非晶態(tài)鐵等各種軟磁材料。這些材料的性能的優(yōu)劣決定著產(chǎn)品的性能指標(biāo)一磁感和鐵損。以往，測定這兩個指標(biāo)采用專用磁性檢測設(shè)備，但通過檢測設(shè)備的檢測是非無損檢測，并且還存在著必須依賴設(shè)備才可以進(jìn)行的不足之處。而對于鐵芯磁感的測量，由于形狀的限制，目前專用磁性檢測設(shè)備根本不能進(jìn)行，而且專用磁性檢測方法無法給出材料的結(jié)構(gòu)信息。多晶材料中晶體的取向分布規(guī)律(織構(gòu))強(qiáng)烈地影響著電工鋼的電磁性能，而在晶體材料學(xué)領(lǐng)域，X-射線織構(gòu)分析法是一種重要的研究方法。x-射線織構(gòu)分析可以給出材料經(jīng)過各道工序后的微觀信息，發(fā)現(xiàn)成分一工藝一微觀結(jié)構(gòu)一性能之間的內(nèi)在關(guān)系。在電工鋼檢測領(lǐng)域，曾有利用x-射線取向分布函數(shù)(0DF)分析技術(shù)進(jìn)行電工鋼相關(guān)研究的報道，但因其測定復(fù)雜、低效和不完善性(如未考慮不同的織構(gòu)組分的磁化難易程度不同這一重要因素，致使結(jié)果的準(zhǔn)確度大打折扣)至今未得到實際應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種利用x-射線反極圖織構(gòu)分析技術(shù)測定電工鋼及鐵芯磁感的方法。本發(fā)明方法的原理如下根據(jù)物理學(xué)和電磁學(xué)原理，晶體在磁化過程中磁矩傾向于沿著磁晶各向異性能較低的易磁化方向排列，此過程需要消耗能量，叫做磁晶各向異性能A，其大小與磁化方向余弦有如下的近似關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(1)其中，At、A2和A:,分別是該[UVW]方向與三個晶軸的方向余弦，《。和《均是磁晶能常數(shù)[援引自何宗智《電工鋼》和王從全、劉會亭《材料性能學(xué)》]。(l)式揭示了晶體磁晶能與晶體磁化方向余弦的關(guān)系。那么，晶體材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度與晶體的方向余弦之間也必然存在著某種聯(lián)系。在磁場H作用下，被測件內(nèi)將產(chǎn)生磁感應(yīng)現(xiàn)象。由于晶體具有各向異性，不同晶體方向上晶體磁化的難易程度不同，如〈001〉方向是易磁化方向，〈111〉方向是晶體的難磁化方向。設(shè)B,，為任意晶體方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，5。。,為易磁化方向〈001〉的磁感應(yīng)強(qiáng)度，貝"，的大小為l減去磁矩克服磁晶各向異性能而損耗的磁感應(yīng)強(qiáng)度。其中，磁矩克服磁晶各向異性能A而損耗的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為(4242+^+^M2)4,。由此，計算任意方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度S(，的公式為B酵=5,-(42《+44+4242)5則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(2)其中"，=1-(424+424+)(3)這里，我們將(3)式中的《_稱作磁晶各向異性常數(shù)。上述5,，的計算針對的是理想單晶體材料，其各晶向取向密度均為1。對于多晶體材料，其各晶向取向密度p，是不同的。關(guān)于軸密度的定義、測定與計算，可參閱各種X射線衍射的教科書。多晶體試樣的任意方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為以％w和Paw為系數(shù)乘以標(biāo)樣[ooi]方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即進(jìn)而，多晶體材料任意外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度是各晶向的貢獻(xiàn)的平均結(jié)果，那么，多晶體材料任意外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>)式(5)中，n是[uvw]方向的數(shù)目。(2)式中的^,是試樣的標(biāo)樣在〈001〉方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度。所謂標(biāo)樣，是指磁性較理想、化學(xué)成分及物理性狀與試樣接近的可供參照的樣品。在被測件沒有標(biāo)樣的情況下，由于沒有標(biāo)準(zhǔn)的^H可供計算，此時可以通過磁晶各向異性常數(shù)a^與軸密度P^來計算無標(biāo)樣被測件外觀方向"的相對磁感應(yīng)強(qiáng)度11(6)式中的n是[uvw]方向的數(shù)目。此式是一個經(jīng)驗公式。由于該式可以進(jìn)一歩消除試樣狀態(tài)(如密度和光潔度等)不同帶來的誤差，因而具有更好的普遍適用性。根據(jù)上述推導(dǎo)所得原理，本發(fā)明提供了一種測定電工鋼及其產(chǎn)品-鐵芯的磁感的方法為將垂直于被測件待測外觀方向的曲面或平面置于廣角x-射線衍射儀的測角儀的軸心上，測定被測件若干不同晶體學(xué)方向的軸密度P,;以P,為參數(shù)，根據(jù)公式&=丄2LB^計算得到被測件外觀方向的磁感應(yīng)W0強(qiáng)度；其中，"是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目，5_是被測件的不同晶體學(xué)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；S^根據(jù)公式5，-c^p^^計算得到，其中，An為被測件的標(biāo)樣在〈001〉晶體學(xué)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，a^是被測件的晶體各向異性常數(shù)；cx,，根據(jù)公式a，二1-(A,2A22+A/A32+A/A。計算得到；其中，A,、^和A:;分別是試樣的晶體學(xué)方向與三個晶軸的方向余弦。根據(jù)上述原理，本發(fā)明還提供了一種測定電工鋼相對磁感的方法。其過程如下將垂直于被測件待測外觀方向的曲面或平面置于廣角x-射線衍射儀的測角儀的軸心上，測定被測件若干不同晶體學(xué)方向的軸密度？,，；以P歸,為參數(shù)，根據(jù)公式<=￡^/￡/^計算得到被測件外觀方向11的相對磁感應(yīng)強(qiáng)度；其中，"是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目，a,，是被測件的晶體各向異性常數(shù)；0^根據(jù)公式0^=1-(^1^^2+&12)計算得到；其中，A,、A2和A:,分別是試樣的晶體學(xué)方向與三個晶軸的方向余弦。本發(fā)明所述的技術(shù)方法根據(jù)電工鋼的特點，應(yīng)用晶體學(xué)織構(gòu)反極圖分析技術(shù)原理，測量電工鋼磁感或相對磁感，該方法具有測定簡單、快捷和準(zhǔn)確的特點，同時，本方法還可以用于圓形、方形等各種形狀的電工鋼鐵芯的磁感測定，測量時不對電工鋼鐵芯的表面和內(nèi)部造成損害，屬于無損檢測技術(shù)，可在電工鋼及鐵芯產(chǎn)品磁感性能測量領(lǐng)域推廣應(yīng)用。說明書附圖圖1是針對被測試樣為高斯織構(gòu)的取向硅鋼，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同角度磁感與用本方法模擬計算出的對應(yīng)于不同外觀方向的一組磁感數(shù)據(jù)比較曲線圖2是對圖1的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸的結(jié)果；圖3是針對被測試樣為立方織構(gòu)的雙取向硅鋼，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同角度磁感與用本方法模擬計算出的對應(yīng)于的不同外觀方向的一組磁感數(shù)據(jù)比較曲線圖4是對圖3的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸的結(jié)果；圖5是針對被測試樣為有標(biāo)樣的無取向硅鋼，分別采用本發(fā)明所述方法與采用專用磁測設(shè)備測定其對應(yīng)外觀方向的一組磁感數(shù)據(jù)的比較曲線圖6是對圖5的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸的結(jié)果；圖7是針對一組W14G無標(biāo)樣的無取向硅鋼，分別用本發(fā)明所述方法與用專用磁測設(shè)備測定相對磁感的結(jié)果的線性回歸曲線。具體實施例方式在具體實施方式中，實施例一和實施例二是為驗證本發(fā)明方法及其原理而設(shè)計的，試樣均為理想的單一織構(gòu)，晶體方向與試樣外觀方向可以找到一一對應(yīng)的關(guān)系，如下表l、表2所示；而且，由于各[UVW]的軸密度已知均為l，所以不需進(jìn)行軸密度的測量。實施例一本實施例的測試試樣為單晶體高斯(G0SS)織構(gòu)的取向硅鋼。G0SS織構(gòu)的[l1O]晶面平行于試樣軋制面，〈001〉方向平行于試樣軋向。對于單晶體高斯(G0SS)織構(gòu)的取向硅鋼，己存在現(xiàn)有的采用磁性檢測設(shè)備檢測得到的磁感強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)。因此，為方便本實施例的測量計算結(jié)果與磁性檢測結(jié)果的對比，本實施例的測量計算角度是參照磁性檢測方式采用的角度并換算而來。磁性檢測設(shè)備檢測時，分別采樣測量了被測試樣外觀方向與其軋向的夾角為0。、15°、30°、45°、60°、75°和90°的磁感應(yīng)強(qiáng)度。根據(jù)晶體學(xué)原理，可以計算出與上述角度對應(yīng)的晶向指數(shù)[uvw]，如表1所示，進(jìn)而根據(jù)公式c^二1-仏12+^12+^12)分別計算出磁晶各向異性常數(shù)，其中，At、A2和A:,分別是試樣的晶體學(xué)方向與三個晶軸的方向余弦。再根據(jù)公式S^:(X,，P，i。。,計算出被測件任意方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其中，B。。,的值已知為1.745，此值取自同批試樣中，性能最好、用做標(biāo)樣的試樣。因為試樣為單晶體，其各晶向的軸密度均為l，故可省略軸密度的測量過程。本實施例所做試樣各方向的磁感測定結(jié)果與用常規(guī)磁測方法測量的結(jié)果列于表l，可見兩種方法得到的結(jié)果非常近似。表l對取向硅鋼測定計算的結(jié)果與磁測結(jié)果的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注Vl、V2和v3是[uw]相對于三個晶軸的方位角。圖1是針對被測試樣為高斯織構(gòu)的取向硅鋼，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同外觀磁感與采用本方法模擬測定出對應(yīng)的不同外觀磁感數(shù)據(jù)的比較曲線圖，此圖以試樣的外觀方向為橫坐標(biāo)，以本方法模擬測定所得的不同的外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，可以看出，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同外觀磁感結(jié)果連接成的曲線，與采用本方法模擬測定出對應(yīng)的不同外觀磁感數(shù)據(jù)所形成的曲線，兩條曲線的走勢非常吻合。圖2是對圖1中的用專用磁測設(shè)備測定的磁感B(磁測磁感)與采用本發(fā)明方法測定的磁感B(本法磁感)兩組數(shù)據(jù)的線性回歸計算圖，線形回歸計算的結(jié)果為兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R為0.996，標(biāo)準(zhǔn)偏差S僅為0.021，證明本發(fā)明提供的磁感測試方法的結(jié)果符合常規(guī)磁測的結(jié)果。實施例二試樣為單一的立方織構(gòu)的雙取向硅鋼。該雙取向硅鋼為立方織構(gòu)，{100}晶面平行于板面，〈001〉方向平行于軋向。對于單晶體立方織構(gòu)的取向硅鋼，已存在現(xiàn)有的采用磁性檢測設(shè)備檢測得到的磁感強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)。與實施例一類似，為方便本實施例的測量計算結(jié)果與磁性檢測結(jié)果的對比，本實施例的測量計算角度是參照磁性檢測方式采用的角度并換算而來。磁性檢測設(shè)備檢測時，分別采樣測量了被測試樣外觀方向與其軋向的夾角為o°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，根據(jù)晶體學(xué)原理，可以計算出與上述角度對應(yīng)的晶向指數(shù)[uvw]，如表2所示，進(jìn)而根據(jù)公式《_二1-(九12+^12+^^12)分別計算出磁晶各向異性常數(shù)，其中，A,、A2和A:,分別是試樣的晶體學(xué)方向與三個晶軸的方向余弦。再根據(jù)公式A，-o^P^L計算出被測件任意方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其中，l,的值已知為1.930。因為試樣為單晶體，其各晶向的軸密度均為l，亦省略了軸密度的測量過程，主要數(shù)據(jù)和結(jié)果見下面的表2:表2.對取向硅鋼模擬計算的結(jié)果與磁測結(jié)果的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>另外，圖3是針對被測試樣為立方織構(gòu)的雙取向硅鋼，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同外觀磁感與本用方法模擬計算出對應(yīng)的不同外觀磁感數(shù)據(jù)的比較曲線亂圖3以試樣的外觀方向為橫坐標(biāo)，以本方法模擬測定所得的不同的外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，從圖3可以看出，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同外觀磁感結(jié)果連接成的曲線，與采用本方法模擬測定出對應(yīng)的不同外觀磁感數(shù)據(jù)所形成的曲線，兩條曲線的走勢非常吻合。圖4是對圖3中用專用磁測設(shè)備測定的磁感B(磁測磁衝與采用本發(fā)明方法測定的磁感B(本法磁感)兩組數(shù)據(jù)的線性回歸計算圖，線形回歸計算的結(jié)果為兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R為0.992，標(biāo)準(zhǔn)偏差S僅為0.028，也證明本實施例模擬測試的結(jié)果符合常規(guī)磁測的結(jié)果。實施例三本實施例針對多晶電工鋼進(jìn)行磁感測定。將某成品無取向硅鋼板沖成直徑為50ram的圓片(實際上是磁測試樣，它要求圓形，以便測量圓周上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。對于本方法，一般說來，方形試樣較好，這里為與磁測試樣保持一致而用原有的圓形試樣)，然后將它們的軋向與軋向重合、軋面與軋面重合再用夾具將它們固定在一起，制成圓柱狀試樣作為被測件進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度測量。本實例分別測定與軋向成O，30，45，60和90度的磁感應(yīng)強(qiáng)度。本實施例測定磁感的方法如下1、將垂直于被測無取向硅鋼的待測外觀方向的一個平面或曲面置于廣角X-射線衍射儀的測角儀的軸心上，測定{200}、{310}、{210}、{110K{114}、{112}、{334}、{222}、{332}、{442}、{123}、{134}和{125}等晶面的軸密度P，，2、根據(jù)公式化^=^』,。。1計算得到被測無取向硅鋼的13個不同晶體方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B^，其中，B。。i為標(biāo)樣的〈001〉晶向的磁感應(yīng)強(qiáng)度。c^為晶體各向異性常數(shù)，、=1-(W+A2V+A:,V)，其中，Al、A2和A3分別是各晶向分別與三個晶軸的方向余弦。5rf=丄253、根據(jù)公式"。，得到被測無取向硅鋼外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其中，"=13，是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目。測定過程的主要數(shù)據(jù)和結(jié)果見下表3:表3.實施例三的各種數(shù)據(jù)、結(jié)果及與磁測值的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*2.25是標(biāo)樣的值。圖5是針對被測試樣為有標(biāo)樣的無取向硅鋼，分別采用本發(fā)明所述方法與采用專用磁測設(shè)備測定其對應(yīng)外觀方向的一組磁感數(shù)據(jù)的比較曲線圖，圖5以試樣的外觀方向為橫坐標(biāo)，以本方法測定所得的不同的外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，從圖5可以看出，用專用磁測設(shè)備測定試樣的不同外觀磁感結(jié)果連接成的曲線，與采用本方法測定出對應(yīng)的不同外觀磁感數(shù)據(jù)所形成的曲線，兩條曲線的走勢非常吻合。圖6是對圖5的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸的結(jié)果，本發(fā)明所述方法得到的結(jié)果與磁測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R二0.956，標(biāo)準(zhǔn)偏差S^.0051，從圖5和圖6可以看出，本發(fā)明的磁感測定方法對織構(gòu)組分復(fù)雜的無取向硅鋼是適用的，而且精度很高。值得明確指出的是，本實施例的被測試樣的形狀模擬了鐵芯形狀，并且所測定結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了專用磁測結(jié)果的驗證，因此，本測量方法可以適用于對電工鋼產(chǎn)品-鐵芯的磁感測定。實施例四本實施例以武鋼生產(chǎn)的W14G型，標(biāo)號分別為6tt、7#、滯、9#的四個無標(biāo)樣的無取向電工鋼樣品為一組測試對象，測定其相對磁感。測定過程如下1.測定軸密度P,:將垂直于被測件待測外觀方向的曲面或平面置于廣角X-射線衍射儀的測角儀的軸心上，測定{200}、{310}、{210}、{110}、{114}、{112}、{334}、{222}、{332}、{442}、{123}、{134}和{125}等晶面的軸密度P,;2、根據(jù)公式《=亡n計算得到被測件外觀方向的相對磁感11應(yīng)強(qiáng)度；其中，"=13，是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目，c^是被測件的晶體各向異性常數(shù)，a_=l-(A12A22+A22A32+A:,2A12)，其中，A,、A2和A3分別是被測件各晶向分別與三個晶軸的方向余弦；3、根據(jù)上述方法，逐一測定7tt、8#、9tt被測件外觀方向的相對磁感應(yīng)強(qiáng)度；測量過程的主要數(shù)據(jù)和結(jié)果見下表4。表4.實施例四的各種數(shù)據(jù)、結(jié)果及與磁測值的相對比較。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從表4.實施例四結(jié)果及與實際值的相對比較可見，盡管兩種方法所得結(jié)果的絕對值不同，但它們各自試樣之間的相對值相近。圖7是針對一組W14G無標(biāo)樣的無取向硅鋼，分別用本發(fā)明所述方法與用專用磁測設(shè)備測定相對磁感的結(jié)果的線性回歸曲線。從圖7的線性回歸曲線可以看出，用本方法和用專用磁測設(shè)備測得的結(jié)果相關(guān)系數(shù)為0.92，接近于1，標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為0.0027。從以上各實施例可見，用本發(fā)明所述方法與用磁性專用裝置測定的結(jié)果的相對值吻合得均較好。本方法的測量精度較高，具有相對比較意義，在科研與生產(chǎn)中具有現(xiàn)實的使用價值。權(quán)利要求1.一種測定電工鋼和鐵芯的磁感的方法，其特征在于將垂直于被測件待測外觀方向的曲面或平面置于廣角X-射線衍射儀的測角儀的軸心上，測定被測件若干不同晶體學(xué)方向的軸密度ρuvw；以ρuvw為參數(shù)，根據(jù)公式<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>B</mi><mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mn>0</mn><mi>n</mi></munderover><msub><mi>B</mi><mi>uvw</mi></msub></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="A2007100530520002C1.gif"wi="95"he="47"img-content="drawing"img-format="tif"/-->計算得到被測件外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；其中，n是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目，Buvw是被測件的不同晶體學(xué)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；Buvw根據(jù)公式Buvw＝αuvwρuvwB001計算得到，其中，B001為被測件的標(biāo)樣在<001>晶體學(xué)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，αuvw是被測件的晶體各向異性常數(shù)；αuvw根據(jù)公式αuvw＝1-(A12A22+A22A32+A32A12)計算得到；其中，A1、A2和A3分別是試樣的晶體學(xué)方向與三個晶軸的方向余弦。全文摘要本發(fā)明提供一種測定電工鋼及鐵芯的磁感的方法，該方法根據(jù)晶體學(xué)織構(gòu)分析原理，采用首先用X-射線衍射技術(shù)測量測定被測件若干不同晶體學(xué)方向的軸密度ρ<sub>uvw</sub>，然后以ρ<sub>uvw</sub>為參數(shù)，在被測件有標(biāo)樣的情況下，根據(jù)公式B<sub>d</sub>=(1/n)∑B<sub>uvw</sub>計算得到被測件外觀方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；在被測件沒有標(biāo)樣的情況下，根據(jù)B<sub>d</sub><sup>rel</sup>=∑α<sub>uvw</sub>ρ<sub>uvw</sub>/∑ρ<sub>uvw</sub>公式計算得到被測件的相對磁感應(yīng)強(qiáng)度。其中，n是測定的晶體學(xué)方向的數(shù)目，α<sub>uvw</sub>是被測件的晶體各向異性常數(shù)，B<sub>uvw</sub>是被測件的不同晶體學(xué)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度。本發(fā)明提供了的測定方法，測量結(jié)果準(zhǔn)確，屬無損檢測技術(shù)，可以在電工鋼及其產(chǎn)品磁感檢測領(lǐng)域推廣應(yīng)用。文檔編號G01R33/12GK101114011SQ20071005305公開日2008年1月30日申請日期2007年8月28日優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日發(fā)明者馮大軍,周順兵,張友登,張新仁,李立軍,李長一,謝曉心,陳士華,陳方玉,璞黃申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司