|
| |
|
Слаботочка Книги физических СВОЙСТВ сплавов Fe-Ni также объяснял появлением при соответствующих концентрациях сверхструктур FeNi, FegNi и FeNia (первая из них расположена на диаграмме состояний вблизи границы необратимых и обратимых сплавов, вторая - инвар и третья - сплав с 67,8% Ni). Однако проведенные позднее тщательные рентгенографические исследования показали, что в области концентраций 30-45% Ni в системе Fe - Ni никаких сверхструктурных сплавов не существует. Таким образом, эти гипотезы сами собой отпали. Хонда и Такаги [7] пытались объяснить аномалии инвара влиянием объемных эффектов, сопутствующих фазовому превращению Они считали, что частичные превращения а t при нагревании возможны не только при концентрации Зб/ Ni (сплав инвар), но и при более высоких концентрациях. Аналогичной точки зрения на природу аномалий теплового расширения инвара придерживались Бенедикс и Седерхольм [8]. Однако систематические экспериментальные исследования диаграммы состояний Fe - Ni установили, что эти превращения, если и могут происходить при изменениях температуры, то только в сплавах с содержанием никеля меньше чем 34%. Сплав же инвар, а также подобные ему по свойствам с большим содержанием никеля (например, платинит 42% Ni, 58% Fe) являются полностью обратимыми; в них при любых изменениях температуры превращения отсутствуют. Таким образом, и эта гипотеза о природе теплового расширения инвара оказалась несостоятельной. Шевенар [9] впервые высказал догадку, что аномалия теплового расширения инвара имеет чисто ферромагнитную природу. Сущность этой догадки состояла в следующем: при нагревании ферромагнитных металлов, каковыми являются и инварные сплавы, возникающему магнитному превращению сопутствуют объемные изменения, которые приводят к компенсации обычного термического расширения тела, вызываемого тепловыми колебаниями атомов. Мазумуто [10] развил эту мысль и попытался установить эмпирическую зависимость между коэффициентом теплового расширения инварного сплава с его температурой Кюри и величиной намагниченности насыщения 1. Однако найденная им зависимость очень формальна и непонятна с точки зрения теории ферромагнетизма. Фридман [11] попытался истолковать аномалии инварных сплавов из других соображений. Он предположил, что в решетке инвара существуют упруго растягивающие напряжения, которые возникают оттого, что атомы Fe и Ni в этом сплаве имеют разные радиусы. Эти упруго растягивающие напряжения приводят к дополнительному увеличению параметра решетки инвара на величину Да. Величина Да состоит из двух различных по природе частей: Да = Aaj -j- Х где Да, - расширение решетки в результате действия упомянутых упругих сил и -механострикционное удлинение, вызванное теми же силами. При повышении температуры Х монотонно уменьшается, компенсируя при этом тепловое расширение, вызываемое тепловыми колебаниями атомов в решетке. Таково объяснение аномалий теплового расширения инварных сталей, данное Фридманом. Несмотря на ряд высказанных им весьма ценных положений (например, указание на расширение решетки инвара под действием структурных напряжений), в целом его толкование аномалий инвара не может быть признано правильным. Упруго растягивающие напряжения у Фридмана носят характер всестороннего растяжения и не в состоянии вызывать механострикцию ибо при такого рода растяжениях не возникает перераспределения самопроизвольной намагниченности в ферромагнитном металле. Укажем также на работу Делингера [12], [в которой он разбирает характер обменного взаимодействия в решетках металлов переходной группы. Для сплавов типа инвар он предполагает, что кривая зависимости обменного интеграла от межатомного расстояния имеет крутой вид. На основе указанного предположения он приходит к чисто магнитному истолкованию аномалий теплового расширения инвара. Однако это только качественное, далеко не полное объяснение, не подкрепленное экспериментальными данными. Вопрос об объяснении аномалий теплового расширения инвара позже неоднократно затрагивался в ряде других работ [2, 13], однако только с качественной стороны. Акулов [4[ при рассмотрении аномалий теплового расширения инвара впервые установил количественную связь между тепловым расширением ферромагнитных металлов и энергией самопроизвольной намагниченности. Указанная связь позволила ему обобщить правило Грюнайзена на случай ферромагнитных металлов и объяснить свойства инвара. Он предположил (чисто формально), что в соотношении (75) для инварных сплавов коэффициент имеет отрицательное значение, что и приводит к заниженным значениям теплового расширения в этих сплавах. б) Экспериментальные доказательства ферромагнитной природы аномалий теплового расширения инварных сталей. Несмотря на то, что уже сравнительно давно указывалось на тесную связь аномалий теплового расширения инварных сталей с ферромагнетизмом, до самого последнего времени [14] не было произведено систематического исследования их магнитных свойств. Между тем совершенно ясно, что для проверки теоретических соображений о связи указанных аномалий с ферромагнетизмом необходимо в первую очередь установить особенности поведения магнитных явлений в инварных сталях. Больше того, такие исследования должны решить вопрос о справедливости чисто магнитного истолкования свойств инвара. Для удобства дальнейших рассуждений назовем, следуя терминологии Акулова, изменения размеров ферромагнитного тела, сопутствующие магнитным процессам при нагревании, термострикцией и обозначим ее через = (у). Тогда для коэффициента теплового расширения всякого ферромагнитного 1 dl тела а = -г :п- можно написать: I dt = (88) где 7 - нормальный коэффициент теплового расширения, т. е. который имел бы место, если бы ферромагнетизм отсутствовал, а ~-термострикция, или ферромагнитная часть термического расширения. В зависимости от того, какой знак имеет мы будем наблюдать аномальное увеличение или, наоборот, уменьшение . Ферромагнитная часть термического расширения - в общем случае будет определяться: 1) термострикцией 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [58] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 |