Киријева температура (Киријева тачка, TC) је температура на којој феромагнетик губи свој спонтани распоред магнетних момената и постаје парамагнетичан. За чисто гвожђе, то је приближно КСНУМКС ° Ц, а за чисти никл приближно КСНУМКС-КСНУМКС ° ЦВажно је физичка својства метала и легура, користи се у процени понашања материјала у магнетном пољу, пројектовању електричних уређаја и анализи термичких процеса.
У случају челика, Киријева температура није једна константна карактеристика за све врсте. Магнетни одзив зависи од хемијски састав, фазни удео, микроструктура, историја деформације и термичка обрадаУ аустенитним, феритним, мартензитним и нерђајућим челицима дуплек исто магнетно поље може изазвати потпуно различито понашање.
Концепт Киријеве тачке треба разликовати од тачке топљења, алотропске трансформације и критичне температуре термичка обрадаМагнетни губитак реда не мора нужно значити промену кристалне решетке или губитак чврстоће материјала.
Најважнија разлика: На температури од приближно 770°C, гвожђе престаје да буде феромагнетно, али његова решетка остаје кубна, центрирана по објесну (BCC). Тек на приближно 912°C чисто гвожђе прелази у аустенитну структуру (FCC). То су два различита феномена.
Колика је Киријева температура и како настаје феромагнетизам?
Атоми многих метала садрже магнетне моменте повезане са електронима. Код феромагнетика, интеракције размене подстичу паралелно поравнање магнетних момената у одређеним регионима материјала. Ови региони се називају магнетни домениУ немагнетизованом узорку, њихове оријентације могу бити различите, тако да материјал не мора да производи јако спољашње магнетно поље упркос својој феромагнетној природи.
Загревање повећава топлотну енергију и нарушава магнетни ред. На Киријевој температури, магнетни ред нестаје. спонтана магнетизација погодно за феромагнетско стање. Изнад ТC Материјал је парамагнетичан: може реаговати на примењено поље, али не показује трајни, феромагнетски ред дугог домета.
Пролазак кроз Киријеву тачку је у суштини магнетни прелаз. Након хлађења испод TC феромагнетско уређење се може обновити, али То не значи да се оригинална магнетизација елемента аутоматски обнављаЊегово стање је такође одређено спољашњим пољем, историјом магнетизације, структуром домена и претходним термичким процесима.
Киријева температура – симболи, јединице и основни појмови
| Величина | Симбол и јединица | Знацзение |
|---|---|---|
| Киријева температура | TCK или °C | Температура распада феромагнетног уређења. |
| Магнетизација | Имам | Магнетни момент по јединици запремине; спонтана магнетизација се смањује на TC. |
| Јачина магнетног поља | Х; А/м | Величина која описује дејство магнетног поља на материјал. |
| Магнетна индукција | Б;Т | Величина која карактерише магнетно поље у материјалу. |
| Релативна пропустљивост | μrбез јединице | Описује одговор материјала на поље; код феромагнетика зависи од услова мерења. |
| Магнетна осетљивост | χ; без јединице (СИ) | Карактерише магнетни одзив материјала на примењено поље. |
| Неелова температура | TNK или °C | Карактеристична температура распада антиферомагнетног уређења. |
У SI систему, апсолутна температура је дата у келвинима: Т [К] = t [°C] + 273,15На пример, 770°C одговара 1043,15 K. У физичкој литератури, Киријева температура се најчешће означава као TC, док се термин „Киријева тачка“ користи и у техничкој документацији.
Киријева температура гвожђа, никла и кобалта – поређење
Најпознатији метални феромагнети су гвожђе, никл и кобалт. Њихове Киријеве температуре варирају, иако су сви прелазни метали. Вредности испод су приближне и односе се на чисте метале; трагови нечистоћа, нехомогености и услови мерења могу изазвати неслагања између извора.
| Метал | Киријева температура | Понашање изнад ТC | Напомене |
|---|---|---|---|
| Гвожђе (Fe) | о КСНУМКС ° Ц (1043 К) | Парамагнетни | Ово није температура прелаза ферит-аустенит. |
| Никл (Ni) | о КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц (628–631 К) | Парамагнетни | Односи се на чисти никл, не на све легуре на његовој бази. |
| кобалт (Цо) | о КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц | Парамагнетни | Висока ТC повезано је са могућношћу употребе у магнетним легурама високих температура. |
Поређење показује да сама изјава „садржи никл“ не дозвољава да се легура сматра феромагнетном или да јој се додели температура од 358°C. Магнетно стање легуре је резултат њеног састава и фазне структуре, а не једноставних просечних Киријевих температура компоненти.
Киријева тачка гвожђа и α, γ прелази и температуре Ac₁, Ac₃
За чисто гвожђе, на атмосферском притиску, два различита прага су посебно важна: око 770°C долази до магнетног прелаза, а око 912°C до прелаза кристалне решетке BCC → FCC. У старијој металуршкој литератури, магнетни прелаз гвожђа је дефинисан као А₂.
| Температурни опсег чистог Fe | Кристална структура | Магнетни карактер |
|---|---|---|
| Испод приближно 770°C | α-ферит, BCC | Феромагнетски. |
| Приближно 770–912°C | α-ферит, BCC | Парамагнетни, без прелаза BCC → FCC на 770°C. |
| Изнад око 912°C у следећи опсег алотропске трансформације | Аустенит γ, FCC | Парамагнетски. |
Код правих челика, температуре и ток трансформација зависе, између осталог, од садржаја гвожђе, угљеник и легирајући елементи. Ac₁ и Ac₃ описати температуре карактеристичне за структурне промене приликом загревања, и Ar₁ и Ar₃ при хлађењу. Не треба их изједначавати са ТCТемпературе мартензитне трансформације Ms и Mf су такође одвојене величине.
Штавише, структурне промене се не дешавају увек у равнотежи: брзине загревања и хлађења, претходна микроструктура и хемијски састав мењају измерене опсеге. Стога је, приликом упоређивања резултата, неопходно навести стање материјала и услове испитивања.
Да ли сваки челик има Киријеву температуру?
Нису сви челици феромагнетски у свом типичном радном стању. Ако материјал нема феромагнетско уређење унутар температурног опсега који нас занима, додељивање једне, једноставне „Киријеве температуре челика“ може бити неприкладно. Важно је анализирати појединачне фазе присутне у материјалу.
| Група челика и примери | Типичан магнетни одзив на собној температури | Значај Киријеве температуре |
|---|---|---|
| Феритно-перлитни конструкциони челици | Обично феромагнетски. | Понашање зависи од фаза, састава и могућих трансформација при загревању. |
| Феритни челици, нпр. 1.4016 / АИСИ 430 | Феромагнетски. | Температура разуређивања не мора бити једнака TC чисто Fe. |
| Мартензитни челици, нпр. 1.4021 | Обично феромагнетски. | Утицај је састав, стање након каљења и отпуштања и пратеће фазе. |
| Аустенитни челици, нпр. КСНУМКС / КСНУМКС i 1.4404 / 316Л | У презасићеном стању, они су углавном парамагнетни или веома слабо магнетни. | Не би требало да им се аутоматски додељује ТC гвожђе. |
| Дуплекс челици, нпр. КСНУМКС / КСНУМКС | Магнетна феритна фаза и обично парамагнетна аустенитна фаза. | Особине произилазе из учешћа фаза и њиховог састава. |
| Константни супердуплекс, нпр. 1.4410 / С32750 | Слично дуплексу, сложени двофазни одговор. | Не постоји јединствена универзална Киријева температура за целу породицу. |
Практична напомена: Аустенитни челик 304 може израженије реаговати на магнет након јаке хладне деформације. Ово не указује аутоматски на промену квалитета или погоршање отпорности на корозију; може указивати на присуство мартензита изазване деформацијом или других магнетних фаза.
Зашто нерђајући челик 304 понекад привлачи магнет, док 316L мање?
Код хром-никл челика као што су КСНУМКС (КСНУМКС) i 1.4404 (316 л), матрица у правилно презасићеном стању је обично аустенит. Најчешће је парамагнетна, док δ ферит и α′ мартензит могу бити одговорни за реакцију на магнет. При интензивној обради - на пример, током ваљања, штанцања или савијања - аустенит у одабраним врстама може делимично да се трансформише у деформациони мартензит.
У поређењу са челиком 304, челик 316L генерално има стабилнији аустенит и мање је склон таквим променама под сличним условима. Међутим, ово не гарантује потпуну немагнетизам било које дате серије. Чак и мале количине ферита, ефекти заваривања, каљења или контаминације могу променити резултат мерења.
Стога, „магнетни тест“ није поуздана метода за недвосмислено идентификовање нерђајућег челика. Верификација квалитета се постиже одговарајућим испитивањем састава, документацијом материјала и, ако је потребно, мерењем магнетних својстава, као што је релативна пермеабилност.
Киријева температура дуплекс и супердуплекс челика
Дуплекс и супердуплекс челици садрже и ферит и аустенит. Ферит обично показује феромагнетска својства на собној температури, док је аустенит најчешће парамагнетан. Магнетне карактеристике материјала су стога збир интеракција обе фазе и зависе од њиховог запреминског удела, хемије и морфологије.
На пример челик 1.4462 (дуплекс 2205) i 1.4410 (Супер дуплекс 2507) Могу привући магнет упркос својој високој отпорности на корозију. Само привлачење не одређује исправан садржај ферита или исправност термичке обраде раствором. У ту сврху се користе одговарајуће металографске методе и испитивања наведена у спецификацији.
На високим температурама, процеси таложења који утичу на ударну чврстоћу и корозију могу се одвијати истовремено. Ове процесе треба разматрати одвојено од магнетне Киријеве температуре. Температура на којој се појављују штетни талози није синоним за Киријеву тачку.
Киријева температура никла, инвара и легура никла
Чисто никл је феромагнетичан испод око 355–358°C. То значи да је висока чистоћа Никл 200 и никл 201 У одговарајућим условима, могу показивати понашање слично металном никлу. Међутим, потребна својства треба проценити за одређени комерцијални материјал, узимајући у обзир његов састав и дозвољене примесе.
Код легура на бази никла, хемијски састав може радикално променити магнетне интеракције. Алуминијум КСНУМКС, Алуминијум КСНУМКС i Алуминијум КСНУМКС Не би требало да достигну Киријеву температуру чистог Ni једноставно зато што садрже овај елемент. Њихов магнетни одзив је резултат целог система легуре и његове микроструктуре.
У групи легура гвожђа и никла, следеће су од посебног значаја: Инвар, Ковар и ПермалојКод инвар легуре, магнетни феномени су уско повезани са изузетно ниским термичким ширењем у одређеном температурном опсегу. Како температура расте, аномалија ширења слаби, а димензионално понашање легуре се мења. Ови параметри морају се проценити на основу специфичног техничког листа производа, а не на основу једног, универзалног прага.
Ово је посебно важно приликом пројектовања мерних инструмената, оптичких компоненти, прецизне опреме и метал-керамичких веза. Референца за анализу је такође коефицијент линеарног ширења α.
Како хемијски састав и микроструктура утичу на Киријеву тачку?
| Фактор | Могући утицај на магнетна својства | Практичне последице |
|---|---|---|
| Састав легуре | Промене у интеракцијама размене, фазној стабилности и температурама магнетних прелаза. | Т се не сме преноситиC чистог метала у легуру без провере података. |
| Удео ферита, аустенита и мартензита | Промена удела феромагнетних и парамагнетних фаза. | Реакција магнета није једноставан тест врста. |
| Хладна обрада и деформација | Очвршћивање, промена микроструктуре и могуће формирање деформационог мартензита. | Пропустљивост може варирати између жареног и очврслог стања. |
| Обробка темељна | Фазне промене, раздвајање и растварање фаза, промене напона. | Поређења мерења захтевају информације о статусу испоруке. |
| Поље мерења и геометрија узорка | Промена у посматраној кривој магнетизације и привидној пермеабилности. | Морају бити наведени услови и метод мерења. |
| Температура и циклус грејања | Смањење спонтане магнетизације; могуће су и друге структурне промене. | Потребно је одвојити магнетну транзицију од металуршке трансформације. |
Ефекат легирајућих додатака може бити нелинеаран. Правило „више никла = виша Киријева температура“ не треба примењивати, јер никл може и стабилизовати одређену фазу и променити магнетна својства у зависности од других елемената.
Киријева температура и магнетна пермеабилност, коерцитивност и хистерезис
Киријева температура описује постојање магнетног реда; она не замењује параметре као што су магнетна пермеабилност μ, принуда Хc, реманенција Бr или магнетизација засићењаЊихове вредности такође зависе од поља, геометрије, текстуре материјала, раздвајања и процеса производње.
Код феромагнетика, однос B–H је обично нелинеаран и може показивати хистерезу. Штавише, пермеабилност често зависи од јачине поља и може се нелинеарно мењати са температуром. Стога, не треба претпостављати да се пермеабилност равномерно смањује до нуле у Киријевој тачки.
За линеарни, изотропни материјал и у одговарајућем опсегу поља, важи релација μr = 1 + χМеђутим, она не служи као универзална формула за Киријеву температуру свих челика. Преко ТC, довољно далеко од критичне области, магнетна сусцептибилност многих феромагнетика може се приближно описати Кири-Вајсовом релацијом.
Кири-Вајсов закон: χ ≈ C / (T − θ), где је T апсолутна температура, C је Киријева константа, а θ је Вајсова температура. Ово је апроксимација која се користи под одговарајућим парамагнетним условима, а не универзална метода за израчунавање Киријеве температуре одређеног челика само на основу његовог хемијског састава.
Значај Киријеве тачке код индукционог каљења и загревања челика
Подцзас индукционо загревање и каљење Промене температуре могу снажно утицати на електромагнетна својства наелектрисања. Испод Киријеве температуре, значајан магнетни одзив се јавља у феромагнетним материјалима; изнад Киријеве тачке, допринос феромагнетних механизама се смањује, а промена пермеабилности утиче на расподелу струје и услове загревања.
То не значи да материјал потпуно престаје да се индуктивно загрева када се прекорачи Т.CВртложне струје и даље могу да обезбеђују енергију, али се електромагнетни услови мењају. У пракси, фреквенција, снага, електрична проводљивост, геометрија наелектрисања, време загревања и врста челика су важни фактори при избору уређаја.
Киријева тачка је такође важна за тумачење термомагнетних промена у опреми за тестирање и сензорским апликацијама. Пројектанти би требало да је сматрају једним од параметара процеса, а не самосталним детерминантом температуре очвршћавања.
Индустријске примене Киријеве температуре
| Област примене | Зашто ТC је важно? | Шта још треба проверити? |
|---|---|---|
| Мотори, трансформатори и меки магнетни материјали | Магнетна својства језгара зависе од температуре. | Магнетни губици, пермеабилност, засићење, радни опсег. |
| Индукционо грејање | Услови спрезања са магнетним пољем се мењају. | Фреквенција, отпорност, геометрија и образац загревања. |
| Термомагнетни сензори и уређаји | Магнетни прелаз може бити основа рада система. | Поновљивост мерења, хистерезис и трајност материјала. |
| Термичка обрада челика | Помаже у тумачењу промене магнетног одзива током загревања. | Одвојите температуре Ac₁, Ac₃, Ms и Mf и фазне прелазе. |
| Материјали са ниским ширењем, нпр. инвар | Магнетна својства су повезана са аномалијом термичког ширења. | Цела α(T) крива, стање материјала и радна температура. |
| Инспекција материјала и NDT испитивање | Магнетичност утиче на избор метода испитивања и тумачење резултата. | Фазни садржај, стање површине, услови и врста методе испитивања. |
Како се мери Киријева температура?
Одређивање ТC То подразумева посматрање промена магнетних величина као функције температуре. Тест се изводи под контролисаним условима и унутар дефинисаног мерног поља. Тумачење је једноставније за чисте метале него за вишефазне материјале, где се ефекти више фаза и структурних трансформација могу преклапати.
| Метод | Шта се мери? | Примена и ограничења |
|---|---|---|
| Термална магнетометрија, нпр. VSM | Магнетизација M(T) при загревању и хлађењу. | Омогућава одређивање магнетног понашања и прелазне области; захтева одговарајућу процедуру. |
| ЛИГЊЕ | Веома осетљива магнетизација. | Корисно за веома слабе сигнале, мале узорке и научна истраживања. |
| Мерење усклађености са AC стандардима | Магнетна сусцептибилност као функција температуре и фреквенције. | Омогућава вам да посматрате аномалије повезане са магнетним прелазима. |
| Термомагнетна метода у контролисаном пољу | Промена магнетног привлачења или сродних величина. | Захтева калибрацију и одвајање утицаја геометрије од својстава материјала. |
| DSC и друге термичке анализе | Термички ефекти и аномалије топлотног капацитета. | Комплементарна метода; не указује свака термална аномалија на Киријеву температуру. |
Током испитивања, треба навести најмање врсту материјала, стање узорка, температурни опсег, брзину загревања, услове хлађења, јачину поља и правило за одређивање тачке прелаза које се користи. Поновљивост кроз термичке циклусе је посебно важна.
Стандарди за мерење магнетних својстава челика и метала
Магнетно испитивање је описано у многим стандардима, али не постоји јединствени стандард који покрива исти поступак за одређивање Киријеве тачке за све конструкционе челике, нерђајуће челике, легуре никла и магнетне материјале. Документи у наставку покривају магнетна својства и њихове методе мерења; сваки од њих не треба сматрати стандардом који директно одређује ТC.
| Норма | Домет | Знацзение |
|---|---|---|
| АСТМ А342 / А342М-26 | Студије пермеабилности слабо магнетних материјала. | Корисно за одабране нерђајуће челике, између осталог; није универзална метода мерења ТC. |
| ИЕЦ КСНУМКС КСНУМКС- | Мерење магнетних својстава гвожђа и челика једносмерном струјом. | Магнетне карактеристике, укључујући и системе са затвореним магнетним колом. |
| АСТМ А773 / А773М | Мерење магнетних својстава једносмерне струје материјала са ниском коерцитивношћу коришћењем графикона хистерезиса. | Особине магнетних материјала; обим зависи од издања стандарда. |
Приликом покушаја одређивања Киријеве температуре, термомагнетски или магнетометријски поступак који је коришћен треба посебно описати. За поруџбине материјала које захтевају ниску пермеабилност, треба навести стандард, дозвољену вредност параметра и услове мерења.
Како навести магнетне захтеве за челик у техничкој документацији?
У захтеву за понуде, једноставно навођење „немагнетски челик“ или „магнетски привучени челик“ није довољно. Захтеви морају бити повезани са специфичним својствима и условима рада. На пример, компонента мерне опреме може захтевати ограничену релативну пермеабилност у одређеном пољу, док језгро електромагнета може захтевати високу пермеабилност и мале губитке.
- Врста и спецификација материјала — нпр. 1.4301, 1.4404, 1.4462 или легура никла наведена својом пуном ознаком.
- Облик производа и услови испоруке — шипка, лим, отковак, заварени елемент; каљено раствором, жарено или очврсло стање.
- Магнетни параметар — нпр. μr, Хc, Бr или карактеристику M(T).
- Радна температура — радни опсег и могући циклуси грејања.
- Услови мерења — метод, јачина поља, геометрија и критеријум прихватања.
- Документација о прихватању — потврда састава, механичких својстава и додатна магнетна испитивања када је потребно.
Посебна пажња је потребна за компоненте које су обрађене и заварене. Чак и ако добављач декларише аустенитну врсту челика, то не гарантује аутоматски једнолику пропустљивост кроз целу структуру.
Киријева температура – често постављана питања (FAQ)
Колика је Киријева температура гвожђа?
За чисто гвожђе то је око 770°C, или 1043 K. Код легираних челика, магнетно понашање такође зависи од састава и фаза.
Колика је Киријева температура никла?
За чисти никл се обично претпоставља приближно 355–358°C. Ова вредност се не примењује аутоматски на легуре никла.
Колика је Киријева температура кобалта?
У зависности од извора и приближне вредности која се користи, даје се приближно 1115–1130°C.
Да ли су Киријева температура и тачка топљења исте?
Не. Киријева температура описује магнетни прелаз, а тачка топљења описује прелазак материјала из чврстог у течно стање.
Да ли челик губи свој магнетизам изнад 770°C?
Не сви челици. Чисто гвожђе је око 770°C. Код челика и легура, температура магнетне трансформације зависи од њиховог састава и микроструктуре.
Да ли се гвожђе претвара у аустенит на Киријевој температури?
Не. Чисто гвожђе губи свој феромагнетни ред на око 770°C, док се трансформација BCC → FCC дешава тек око 912°C.
Да ли је нерђајући челик 304 магнетан?
У презасићеном стању, 304 је обично веома слабо магнетан, али када се хладно обради може садржати феромагнетни деформациони мартензит.
Да ли је челик 316L потпуно немагнетни?
Не постоји таква гаранција без навођења услова и услова мерења. Пропустљивост може зависити од фаза, завара, напрезања и историје производње.
Да ли је дуплекс 2205 магнетан?
Да, обично показује изражен одговор на магнет због присуства ферита у двофазној структури.
Да ли Инконел 625 има Киријеву температуру никла?
Ово не треба претпостављати. Легура 625 је вишекомпонентна легура и њена магнетна својства не произилазе директно из Киријеве тачке чистог никла.
Да ли инвар престаје да има ниско ширење на Киријевој тачки?
Ниско ширење инвара је последица магнетних феномена, али варира у целом температурном опсегу. За прецизне примене, морају се користити карактеристике ширења које одговарају датој серији и температурном опсегу.
Да ли материјал поново постаје феромагнетичан након хлађења?
Ако нису дошло до других промена које мењају материјал, испод ТC феромагнетско уређење се може вратити. Међутим, то не значи аутоматски обнављање претходне магнетизације.
Можете ли магнетом идентификовати врсту челика?
Не. Магнетна привлачност може помоћи у почетном разликовању магнетног понашања, али не потврђује квалитет, хемијски састав или стандард производа.
Како одредити Киријеву температуру челика?
Користе се температурно зависна магнетометрија, АЦ магнетна сусцептибилност или друге термомагнетске технике. Резултати испитивања захтевају спецификацију услова испитивања.
Зашто је Киријева тачка важна при избору метала?
Киријева температура је један од основних параметара магнетних својстава. Код чистог гвожђа, она је приближно 770°C, код никла приближно 355–358°C, а код кобалта преко 1100°C. Међутим, код челика и вишекомпонентних легура, њено тумачење захтева анализу фазне структуре, а не само идентификацију једног елемента присутног у саставу.
У инжењерству, правилан избор материјала захтева разматрање Киријеве тачке, заједно са пермеабилношћу, магнетизацијом, губицима у језгру, радном температуром и потенцијалним структурним променама. Ово је посебно важно за магнетно меке материјале, нерђајуће челике, дуплекс челик, технички никл и легуре са контролисаним ширењем као што су Инвар и Ковар.