FI62732C - Saett att definiera utmattningshaollfasthet hos ferromagnetiskt material utan att bryta materialet - Google Patents

Description

62732

MENETELMÄ FERROMAGNEETTISEN MATERIAALIN VÄSYMISLUJUUDEN MÄÄRITTÄMISEKSI AINETTA RIKKOMATTA

Sätt att definiera utmattningshällfasthet hos ferro-magnetiskt material utan att bryta materialet

Jakamalla erotettu patenttihakemuksesta 801615 (kuulutus-julkaisu ...) Tämä keksintö kohdistuu ferromagneettisen materiaalin väsymislujuuden mittausmenetelmään.

Väsymiskestävyys ilmoitetaan ns. S-N-käyrän avulla, joka määritetään kokeellisesti rasittamalla koekappaleita eri 5 kuormitusamplitudeilla murtumaan saakka. Eräs S-N-käyrän tärkeimmistä yksityiskohdista on sieto- tai väsymisraja, mikä on se kuormitusamplitudin arvo, jota pienempi rasitus ei aiheuta väsymismurtumaa eikä koekappaleen tuhoutumista. Sieto- ja väsymisraja on myös käytännön kannalta tärkein 10 väsymislujuuden arvo. Ko. rajan määrittäminen em. tavalla kestää aineenkoetuskoneen laadusta riippuen 5-10 vuorokautta.

Tunnetaan joitakin ainettarikkomattomia väsymismittausmene-telmiä, joilla voidaan seurata väsymisen kehittymistä rakenteessa. Näille menetelmille on ominaista se, että ne vaati-15 vat mittaustulosten vertaamista edellisiin mittauksiin tai re- ferenssinäytteestä saatuihin arvoihin. Ko. menetelmät ovat kuitenkin osoittautuneet melko epäluotettaviksi eikä niillä voida määrittää em. tärkeintä suuretta, sieto- tai väsymisrajaa. Esimerkkeinä voidaan mainita mm. väsymislanka-20 menetelmät ja koersitiivivoiman mittaukset.

Tämän keksinnön kohteena olevassa, ainettarikkomattomassa väsymisrajan mittausmenetelmässä käytetään hyväksi ns. mekaanista Barkhausen-kohinaa. Mekaaninen Barkhausen-kohina on ilmiönä aikaisemmin sinänsä tunnettu ja se liittyy mate-25 riaalin magneettisen tilan irreversiibeleihin muutoksiin (ns. domeenivallien epäjatkuviin liikkeisiin) mekaanisen 2 62732 kuormituksen vaikutuksesta kappaleen ollessa stabiilissa magneettikentässä tai demagnetoidussa tilassa.

Paremmin on tunnettu ns. "tavallinen" Barkhausen-kohina, joka perustuu muuttuvan ulkoisen magneettikentän vaikutuk-5 siin ja jonka hyväksikäyttämiseksi ainettarikkomattomaan mittaukseen on kehitetty lukuisia laitteita. Viimemainittuun ilmiöön perustuu US.pat.no 3,427,872, jolla materiaalin staattinen kuormitus- tai myötymätila voidaan määrittää ulkoisen muuttuvan magneettikentän avulla. Ko. menetelmää 10 ei voida käyttää kuitenkaan mekaanisen Barkhausen-kohinan analysointiin, eikä sillä voida määrittää materiaalin väsymisrajaa.

Tämän keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa. Kek-· 15 sinnön mukaista menetelmää käyttäen saavutetaan se merkittä vä etu, että väsymis- tai sietoraja voidaan määrittää hyvin nopeasti käytännössä esim. n. 15 minuutissa. Siten keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan käytännössä välittömästi todeta, onko jonkin koneenosan dynaaminen rasitus liian 20 suuri.

Keksinnön mukaista menetelmää on lähemmin selostettu seu-raavassa selityksessä samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi 25 vaadittavia mittausjärjestelyjä ja kuva 2 esittää mittausmenetelmää.

Mittausjärjestelyihin liittyvät osat (kuva 1): a. kuormituksen alainen kappale b. anturi, johon mekaaninen Barkhausen-kohina indusoi smv- 30 pulsseja; anturi voi olla irti mitattavan kappaleen pinnasta 3 62732 c. vahvistin d. diskriminaattori, jolla vahvistetusta kohinasta valitaan analysoitavaksi halutun suuruiset pulssit e. kokojakauman, tehollisarvon, keskiarvon tai taajuuden 5 mittaus f. tulostus g. magnetointianturi, jolla koekappale voidaan magnetoidu stabiililla magneettikentällä, jonka suuntaa voidaan muuttaa 10 h. magnetointianturiin liittyvä tasavirtalähde

Mittaus tapahtuu seuraavasti:

Mitattavaan kappaleeseen aiheutetaan ulkoisella kuormituksella hilavikajärjestys, joka dominoi kappaleen sisäisiä irreversiibelejä magnetisaatiomuutoksia. Esim. mekaanista 15 kuormitusamplitudia F nostetaan joko jatkuvasti, kuten ku vassa 2a on esitetty, tai portaittain, jolloin jokainen porras sisältää useita amplitudeja. Hilavioilla tarkoitetaan tässä yhteydessä mm. dislokaatioita, joiden välityksellä materiaalin plastinen muodonmuutos ja siten myöskin väsy-20 minen tapahtuvat. Kuormitusamplitudia nostettaessa nousee esim. indusoituneen mekaanisen Barkhausen-kohinan tehollis-arvo RMS verrannollisena kuormitusamplitudiin, kuten kuvassa 2b on esitetty.

Menetelmän soveltamiseen tarkoitettuun laitteistoon kuu-25 luvalla magnetointianturilla g on koemateriaali mittauksen aikana magnetoitu stabiililla magneettikentällä. Nostettaessa tällöin kuormitusamplitudia edelleen saadaan riittävän suurella amplitudin arvolla esiin esim. indusoituneen mekaanisen Barkhausen-kohinan tehollisarvossa RMS selvä maksimi- 4 62732 kohta tietyllä kuormitusamplitudin arvolla (kuva 2b). Tämän kuormitusamplitudin on todettu vastaavan erittäin tarkasti alkuperäisen väsymättömän materiaalin väsymis- tai sietorajaa.

5 Koekappaleen ollessa magnetoituna stabiililla magneetti kentällä syntyneen Barkhausen-kohinan taso nousee ja erityisesti muutokset väsymisrajan kohdalla tulevat erittäin selviksi. Kentän suuntaa muuttamalla voidaan lisäksi rakenteen magneettiseen tilaan vaikuttaa siten, että se on edullisin vaikuttavan kuormituksen suuntaan nähden. Esim. rautametalleilla magnetoivan kentän ja kuormituksen tulee olla yhdensuuntaiset. On myöskin todettu, että suurimmat mekaanisen Barkhausen-kohinan pulssit ovat herkimpiä dis-lokaatioiden aiheuttamille muutoksille. Kun syntyneestä 15 kohinasta erotetaan analysoitaviksi diskriminaattorilla d suurimmat pulssit, saadaan mittaustulokset entistä tarkemmiksi .

Edellä on esitetty vain eräs edullinen suoritusmuoto keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi. On mahdollista 20 esim. mitata Barkhausen-kohinan taajuudessa, kokojakaumassa tai keskiarvossa dislokaatiolrikkeiden ja -ryhmittymien aiheuttamia muutoksia tehollisarvon asemesta. Myöskin ulkoinen kuormitus, jolla aiheutetaan menetelmän mukainen Barkhausen-kohinan maksimiarvo, voi olla jokin muu kuin 25 amplitudiltaan kasvava vaihtokuormitus, esim. tykyttävä kuormitus tms.

Keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuodot voivat vaihdella oheisen patenttivaatimuksen puitteissa.

Claims (1)

1. 62732 5 Patenttivaa timus: Menetelmä dislokaatioliikkeen ja muuttuvan mekaanisen kuormituksen ferromagneettisissa materiaaleissa aiheuttaman mekaanisen Barkhausen-kohinan käyttämiseksi ainettarikko-mattomana väsymismittausmenetelmänä, tunnettu siitä, että koekappaletta kuormitetaan ulkoisesti esim. amplitudiltaan portaittain tai jatkuvasti kasvavalla vaihto-kuormituksella tai vastaavalla (kuva 2a ) ja siten aiheutetaan koekappaleeseen irreversiibeleiden magnetisaatiomuutos-ten kannalta dominoiva hilavikarakenne, jolloin samanaikaisesti mitataan ferromagneettisen materiaalin väsymisen aikana indusoituneen mekaanisen Barkhausen-kohinan tehollisar-vossa, taajuudessa, kokojakaumassa tai keskiarvossa tapahtuvia muutoksia mainituissa tehollisarvossa, taajuudessa, kokojakaumassa tai keskiarvossa syntyvän maksimikohdan sel-villesaamiseksi, jota maksimikohtaa vastaava kuormitus-amplitudin arvo vastaa koekappaleen väsymisrajan väsymislujuutta (kuva 2b) koekappaleen ollessa mittauksen aikana mag-netoitu stabiililla magneettikentällä.