Физика

Влияние постоянного магнитного поля на усталостную долговечность диамагнетиков: роль эффекта Зеемана в усталостной прочности цветных металлов

В. В. Шляров, А. А. Серебрякова, К. В. Аксенова, Д. В. Загуляев

Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк

Аннотация: Актуальность и цели. Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения влияния постоянных магнитных полей на усталостную долговечность технически чистой меди и свинца, широко применяемых в промышленности и чувствительных к магнитным воздействиям, что позволит повысить надежность изделий и управлять их механическими свойствами. Цель - изучить влияние постоянного магнитного поля с индукцией 0,1-0,5 Тл на усталостную долговечность технически чистых меди и свинца. Материалы и методы. Изготовлены образцы технически чистой меди марки М1 и свинца марки С2 размером 4 $\times$ 12 $\times$ 130 мм методом электроэрозионной резки на станке с числовым программным управлением. Испытания на усталость проводили на установке с циклическим асимметричным консольным изгибом при температуре ($\sim$300 K). Выбран режим с амплитудой нагружения 2,5 мм. Поверхность разрушения изучали методом сканирующей электронной микроскопии (KYKY EM6900) с анализом структуры в ImageJ, а элементный состав - с помощью Ultim Extreme. Результаты. Результаты. усталостных испытаний показали, что магнитное поле увеличивает долговечность меди М1 на 9-28 $\%$ и свинца С2 на 7 $\%$ при 0,3 Тл, но снижает ее при 0,4-0,5 Тл; разрушение меди происходит через три зоны с формированием субзеренной структуры, а у свинца магнитное поле изменяет морфологию излома и механизм разрушения. Эффект Зеемана, вызывая расщепление энергетических уровней электронов, изменяет активационные энергии движения дислокаций в диамагнитных металлах, что влияет на скорость их скольжения и механические свойства. Выводы. Магнитное поле (0,1-0,25 Тл) увеличивает усталостную долговечность меди на 9-28 $\%$, влияя на механизм разрушения через формирование субзеренной структуры. Магнитное поле при 0,3 Тл повышает усталостную долговечность свинца на 7 $\%$, а при 0,4-0,5 Тл значительно снижает ее из-за влияния на подвижность дислокаций и морфологию излома. Эффект Зеемана изменяет электронную структуру диамагнитных металлов, меняя активационные энергии движения дислокаций и скорость их скольжения, что влияет на механические свойства.

Ключевые слова: магнитное поле, свинец, медь, эффект Зеемана, диамагнетики, структура, сканирующая микроскопия

УДК: 538.955

DOI: 10.21685/2072-3040-2025-3-6