整体对外不显磁性。 ——磁畴假说。 2） 物质自发形成铁磁质的条件： ①原子结构条件（必要）：

要求构成物质的原子（或离子）总磁矩?J?0，即存在未被抵消的轨道、自旋磁矩，特别是?S?0。 ②晶体结构条件（充分）： 交换积分常数A＞0。 交换能：Eex??APs1?Ps2??APs1?Ps2?cos?

A为交换积分常数，取决于电子运动状态的波函数和两原子间距。 3）若A?0，当??0时

(Eex)min??APs1?Ps2cos(0)??APs1?Ps2

此时，两电子自旋磁矩同向平行排列交换能最低。 若A?0，当?(Eex)min??时 ??APs1?Ps2cos(?)?APs1?Ps2

此时两电子自旋磁矩反向平行排列交换能最低。

4）在Wiss假说中，使原子磁矩同方向平行排列的“分子场”，实际上是晶体内相邻原子间电子自旋的交换作用，是一种量子效应。当相邻两原子相互靠近，核外电子云相互重叠，其电子自旋角动量产生一种交换作用，与其相对应的能量为交换能。改变原子间距，能改变两原子电子云相互重叠的程度，影响相邻电子自旋角动量交换作用，从而影响交换积分常数A。 5）当温度升高至居里温度时，晶体的a趋于零，故铁磁质转变为顺磁质。

r3d?6，相邻电子自旋角动量的交互作用已很弱，交换积分常数A

11何谓磁畴？简述铁磁质磁畴结构特点，并指出磁畴结构和磁畴壁结构的决定因素；磁畴壁的本质是什么？有几种类型？

(1)磁畴 指铁磁质内部自发磁化至饱和状态（原子磁矩同向平行排列）的小区域。

(2)磁畴结构 是对磁畴的形态、尺寸、取向、畴壁类型、畴壁厚度及其组成形式的一种描述，类似金属材料的组织，因此也称磁畴组态。 磁畴结构的特点：

a）磁畴分为主畴和副畴，主畴一般都为大而长的片状或棱柱状，通常沿晶体易磁化方向；副畴多为短而小的三角形，不能保证都出现在易磁化方向；

b）相邻磁畴通过主畴、副畴和磁畴壁组合形成自己封闭的磁回路； c）相邻磁畴之间是磁畴壁，它是自旋磁矩改变方向的过渡区； d）磁畴的尺度通常小于晶粒，畴壁不能穿越晶界。

磁畴是自发磁化的结果，但决定磁畴结构的却是体系中的各种能量因素。 (3)决定磁畴结构的因素

以下能量因素决定磁畴的结构。其原则是使体系的内能最低。 交换能最低：倾向于让所有自旋磁矩同方向平行排列，形成磁单畴。 退磁能最低：倾向于让所有磁畴均形成封闭磁回路。

磁弹性能最低：倾向于形成多数量、小尺寸、多方向、应变自恰的磁畴结构。 磁各向异性能最低：倾向于让所有磁化方向均处于易磁化晶向。

上述各种能量因素都希望自身所诱发的能量在系统总能量中所占比例尽可能低，但它们所倾向的磁畴结构却经常是相互矛盾的。各种能量因素经矛盾运动，最后结果是形成的磁畴结构一定是使体系总的能量处于最低状态。

- 13 -

（4）磁畴壁是相邻磁畴之间自旋磁矩转向的过渡区。有两种类型。 Blooh壁：畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴垂直于壁面。 Neel壁： 畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴平行于壁面。 其厚度和类型主要由交换能和磁各向异性能决定

（1）交换能：畴壁越厚，交换能越低,当然磁畴壁厚度增加，牵涉的过渡原子总数会增加，这会改变总的畴壁能及其构成。

（2）磁各向异性能：畴壁越薄，磁各向异性能越低。 但最后的畴壁厚度一定使体系总畴壁能最低。

12 何谓铁磁质的技术磁化？其磁化过程中磁畴结构的变化规律是什么？

1）铁磁质的技术磁化是指铁磁质在外磁场作用下对外显示磁性的过程。 2）磁化过程中磁畴结构的变化规律：

在Ⅰ阶段，M随H的增加而缓慢增加，去除外磁剩磁；在铁磁质内部，磁化通过畴壁的可逆迁移（畴区磁矩转向）使其内部与外磁场H成锐角的畴区面在Ⅱ阶段，M随H的增加而快速增加，H去除后此时，由于外磁场H较大，磁畴壁在迁移过程中克些位垒，从而造成磁畴壁的不可逆 迁移；在铁磁质内，与外磁场H成锐角的畴区面积扩大，有可能形成单一磁畴。

在Ⅲ阶段，随H的增加，M又缓慢增加并趋于饱和；在铁磁质内部，整个单一磁畴通过磁化方向向外磁场H方向旋转来进一步使M增加。

进一步场后，无壁近邻积增加。 有剩磁，服了某

13 磁畴壁迁移的阻力有哪些？为什么它们能影响磁畴壁迁移？

磁畴壁迁移的阻力主要有： ① 不均匀的应力场。

不均匀的应力场表明磁介质内存在局部应力区，局部应力区必然与迁移经过该处的磁畴壁通过弹性应变产生能量上的交互作用，造成畴壁能随迁移位置变化而起伏的现象，如图所示。在迁移距离内（由a→b），这种作用有三种可能： a）应力区使畴壁能增加

畴壁经过该区域时因磁致伸缩而引起畴壁内的弹性应变与该区域的

应力状态不一致，应力区相当于能量起伏的“波峰”。若磁畴壁位于应力区之前，则必须依靠外磁场做功，才能使磁畴壁到达此位垒顶部的亚稳位置,总之必须依靠外磁场做功才能使磁畴壁通过该区域。 b）应力区使畴壁能降低

畴壁经过该区域时因磁致伸缩而引起畴壁内的弹性应变与该区域的应力状态一致，应力区相当于能量起伏的“波谷”，对磁畴壁具有“钉扎”作用，也需要外磁场额外做功才能让畴壁离开该处。 c）应力区不改变磁畴壁的畴壁能此时相当于无交互作用。 ② 夹渣或杂质

对铁磁质而言，夹渣或杂质主要指磁和磁化特性不同的异类物质。当畴壁经过此类异质物时，同样会与畴壁产生交互作用使畴壁能增高或降低，造成畴壁经过时的“位垒”或“钉扎”。

- 14 -

14 何为动态磁特性？磁场频率和场强幅值对动态下磁滞回线的形状有何种影响规律？复数磁导率的实部和虚部各有什么物理含义？

1）动态磁特性是指铁磁质在交变磁场作用下的特性。

2）①频率一定，随交变磁场强度幅值的减小，磁滞回线的形状逐渐趋近于变为椭圆形。

②随频率增加，磁滞回线呈现椭圆形的磁场强度幅值的范围扩大，且各磁场强度幅值下回线的矩形比

BriBmi增大。

?BH?(BmHm)e?i?????i???

其中 实部???(BmHm)cos? 为弹性磁导率，表征磁性材料储存能量的能力。

3）?虚部????(Bm

Hm)sin? 为损耗（或粘滞）磁导率，表征磁性材料磁化一周的能量损耗情况。

15 材料磁性的影响因素有哪些？影响规律是什么？

1）温度

①温度增加，体系的热运动能量（?kBT）增加，它阻碍或破坏原子磁矩或自旋磁性的有序性，对顺磁性、铁磁性磁化过程均有不利影响；

②温度增加，原子（或离子）热振动振幅增加（热振动）、原子平均间距增大（热膨胀），进而能改变原子间电子自旋磁矩的交换积分常数和交换能，破坏铁磁质的自发磁化条件。

?0表示磁致伸长，??0表示磁致收缩；??0，表示拉应力，??0，表示压应力，则：?,?同号，有利磁化；?,?异号，不利磁化。

2）应力 若规定：?3）材料的不完整性（杂质、缺陷、冷变形加工硬化、晶界数量等）

材料不完整性浓度的增加，均增加材料的磁化阻力，使磁化变得困难。 4）织构

由于铁磁质磁化时伴随有磁各向异性能和磁弹性能的改变，因此人们可以采取某种工艺措施，使铁磁质的易磁化晶向择优取向，形成所需的织构组织，并同时尽量降低其磁弹性能，进而提高材料的磁性能。例如，通过冷加工或控制轧制工艺，可获得轧制织构（主要是易磁化方向的择优取向）；而通过磁场中退火工艺可获得磁织构（主要是易磁化方向和内应力的双重择优取向）。 5）材料的成分与组织（合金化）

材料的成分、组织对其磁化的影响非常复杂，很难总结其普遍规律。

16 对多相合金，其饱和磁化强度Ms与各组成相的Msi和体积分数Vi有何关系？该关系有何应用？如何用磁性分析法分析淬火钢中残余奥氏体的相对量？

1）对于多相合金，其饱和磁化强度MS与其各组成相的MSi和体积分数Vi具有线性关系，即

MSV??ViMSi

2）可以利用此关系用磁性分析法进行定量金相分析。

3）对于碳钢和低合金钢，淬火后只有马氏体M和残余奥氏体A?。

MSV?MSMVM?MSA?VA?

其中：MS,MSM,MSA?分别是待测试样、纯马氏体和纯残余奥氏体的饱和磁化强度；V,VM,VA?分别是它们的体积。由于奥氏体为顺磁体，MSA?残余奥氏体的体积分数 ?A(%)?(V

?0，则上式变为MS?MSMVMV

?VM)V?(MSM?MS)MSM?100%。

- 15 -

有两种方法可获得MSM值

①标准试样：用同种材料，淬火后冷处理，再进行回火，以获得尽可能为单一纯马氏体组织，然后测定其饱和磁化强度作为MSM。 ②计算：MSM?1720?74WC

WC为钢的含碳量（要求WC?1.2%）

当钢中除马氏体M、残余奥氏体A?外还有其它碳化物时，设它们的体积分数分别为：?M?VMV、

?A??VA?V、?cm?VcmV，?M??A??cm?1 ?A?(MSM?MS)MSM?100%??cm

其中：MSM可用标准样品测定，?cm用萃取法或定量金相法确定，待测试样的MS可用前述磁性测量方法

测得。

第五章：材料的弹性与内耗

1何谓材料的弹性？弹性模量的物理意义是什么？哪些因素影响材料的弹性模量？材料的静态弹性模量和动态弹性模量有何差异？

1） 给材料施加外力，材料会发生变形，外力去除后材料能恢复原状的性质称为材料的弹性。 2） 宏观上，E代表材料对弹性正应变的抗力；微观上E表征原子间的结合力。 3） 影响因素

（1）原子结构和晶体结构：原子结构不同，价电子层和能带结构不同，直接影响原子间相互作用势能，再加上晶体结构不同，原子间距和近邻原子数都不同，也对原子的相互作用势能和恢复力系数?有影响，E对晶体结构十分敏感。

（2）温度：温度通过热膨胀或热振动，影响原子间距，进而影响弹性模量；另外，温度还能显著降低原子位移的阻力。

（3）电、磁场：对于介电质和铁磁质，电场、磁场能分别引起电致伸缩、磁致伸缩，再加上热膨胀、外力等因素的复合作用，也会影响弹性模量。

（4）变形速率和弛豫时间：由于应变在微观上常与原子迁移、位错运动、晶界滑移等机制相关，而这些微观运动是需要时间来完成的，因此，宏观上的变形速率、弛豫时间等因素也能影响Ｅ。

4）由材料的单向拉伸实验和应力、应变曲线获得的弹性模量，通常被称为静态弹性模量。由共振频率法和超声法测得的弹性模量为动态弹性模量。静态模量大多低于动态模量，这是因为静态测试弹性模量（1）测试时的应变速率太低，过程中容易产生应变弛豫现象；（2）测试时应力太大，很难保证微观上不发生塑性变形。

2 何谓理想弹性体？实际弹性体在弹性范围内存在哪些非弹性现象？什么是材料的内耗现象？解释动滞后和静滞后。

1） 严格符合虎克定律的材料被称为理想弹性体，要求材料同时满足三条标准：线性、瞬时性、唯一性。 2） 实际弹性体在弹性范围内存在的非弹性现象有：

①线性 理想弹性 非线性弹性 线性滞弹性 线性粘弹性 瞬时范性

②瞬时性 √ √ × × √ ③唯一性 √ √ √ × × √ × √ √ × - 16 -