FI89414B - Foerfarande foer maetning av plastisk formfoeraendring och dislokationstruktur i magnetiskt material - Google Patents

Description

1 89414

MENETELMÄ PLASTISEN MUODONMUUTOKSEN JA DISLOKAATIORA-KENTEEN MITTAAMISEKSI MAGNEETTISESSA MATERIAALISSA

Keksinnön kohteena on menetelmä plastisen 5 muodonmuutoksen ja dislokaatiorakenteen mittaamiseksi magneettisessa materiaalissa.

Erilaisiin kappaleisiin syntyy valmistuksen ja käytön aikana suuruudeltaan ja laadultaan erilaista plastista muodonmuutosta. Plastinen muodonmuutos tapah-10 tuu dislokaatioiden välityksellä. Muodonmuutosta aiheuttavat esim. sorvaus, jyrsintä, kuulapuhallus, karkaisu, staattiset ja dynaamiset kuormitukset, viruminen jne.

Jännitysten mittaamiseksi on olemassa materi-15 aalin magneettisiin ominaisuuksiin perustuvia jäännös-jännitysten mittausmenetelmiä. Kaikille niille on ominaista, että kappaletta magnetoidaan syklisesti ja mitataan esim. magneettisen hystereesikäyrän muutoksia tai ns. Barkhausen-kohinan ominaisuuksia.

20 Näissä tunnetuissa menetelmissä on ongelmana, että mitattavaan signaaliin vaikuttavat myös ne mag-netisaatioprosessit, jotka ovat herkkiä muillekin mik-rorakenteellisille ilmiöille kuin jännitykselle ja muodonmuutokselle, esim. sulkeumat, erkaumat, faasira-25 jät ja pinnalla olevat halkeamat, kuten esim. hakemus-julkaisussa EP-235 118.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on luoda uudenlainen mittausmenetelmä, jolla voidaan 30 mitata kappaleen pinnalla oleva plastinen muodonmuutostila ja jolla voidaan tutkia plastisen muodonmuutoksen aikana syntynyttä dislokaatiorakennetta.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

35 Kun ferromagneettiseen materiaaliin kohdistuu kuormitus, sen magnetisaatio muuttuu. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan magnetoelastiseksi tai magnetomekaani- 2 -,9414 seksi ilmiöksi. Magnetisaation muutoksen suunta ja suuruus riippuvat materiaalin magnetostriktiivisyydes-tä, jännityksestä, edeltävästä muodonmuutoksesta ja materiaalin alkuperäisestä magneettisesta tilasta eli 5 hystereesi- ja anhystereesitilojen välisestä erosta. Magnetisaatiomuutos voidaan mitata kappaleen pinnalla olevalla mittausanturilla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä mitattavan signaalin tuottavat pääasiassa sellaiset magnetisaatio-10 prosessit, 90° domeenivallit, jotka ovat herkkiä erityisesti plastiselle muodonmuutokselle. Tästä johtuen keksinnön mukaisen menetelmän herkkyys muodonmuutoksen mittaukseen on suurempi kuin tunnetuissa menetelmissä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tutkittavan 15 materiaalin mitattava kohta magnetoidaan tietyn suuruisella vakiomagneettikentällä. Tällä tavoin metallin magneettinen rakenne viritetään mahdollisimman herkäksi plastisen muodonmuutoksen dislokaatioiden ja myötymän vaikutukselle. Tämän jälkeen magnetoituun alueeseen 20 aiheutetaan akustinen herätepulssi ja herätepulssin aiheuttama magnetisaatiomuutos materiaalissa mitataan. Magnetisaatiomuutoksia kuvaavista mittaustuloksista voidaan analysoida tutkittavan materiaalin jännitys- ja muodonmuutostiloja.

25 Keksinnön mukaisessa menetelmässä ennen magne- tointia tutkittava materiaali demagnetoidaan ja sen jälkeen se magnetoidaan paikallisesti siten, että tutkittavan alueen magnetoelastinen vuorovaikutus on suurimmillaan. Suoritetuissa kokeissa on todettu, että 30 magnetoelastinen vuorovaikutus on suurimmillaan, kun magnetoiva kenttä on noin 70 - 90 % magneettista kyl-lästystilaa vastaavasta arvosta. Tämä magnetointi voidaan suorittaa esim. siten, että ensiksi materiaali magnetoidaan sen kyllästystilaa vastaavaan arvoon, 35 jolloin saadaan ne äärirajat, joissa toimitaan.

Menetelmässä käytettävä elastinen herätepulssi voidaan aiheuttaa esim. jousikuormitteisella tai muulla 3 3 9 414 * mekaanisella iskurilla. Kun herätepulssi etenee mitattavalla alueella, muuttuu tämän alueen magnetisaatio irreversiibelisti. Tämä muutos voidaan mitata tutkitta- van kappaleen pinnalla olevalla sopivalla anturilla, 5 esim. ferriittisydämisellä kelalla. Herätepulssina voidaan käyttää yksittäisiä pulsseja tai se voi koostua sarjasta perättäisiä pulsseja.

Jos tutkittavassa materiaalissa on tapahtunut plastista muodonmuutosta, ovat mittauskelaan indusoitu-10 neen sähköjännitteen ominaisuudet erilaisia kuin muokkaamattomassa kappaleessa. Näin saatavien mittauspuls-sien käyrämuodot vaihtelevat tutkittavan materiaalin ominaisuuksien mukaan. Muokatusta materiaalista mitattu pulssi on pienempi kuin alkuperäinen pulssi. Lisäksi 15 muokatusta materiaalista mitatussa pulssissa on vai meneminen pienempää kuin alkuperäisessä pulssissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää ominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan tunnettua referenssinäytettä, jolloin referenssinäytteen antamaa 20 pulssimaista käyrämuotoa voidaan verrata tutkittavista materiaaleista saatuihin käyrämuotoihin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävään laitteeseen muodonmuutoksen mittaamiseksi magneettisessa materiaalissa kuuluu magnetointipiiri, jolla mitat-25 tava materiaali magnetoidaan halutun suuruisella magneettikentällä, mittausanturi, jolla magneettivuon tiheys mitataan, herätepulssilähde, jolla materiaaliin aiheutetaan akustinen herätepulssi, mittausanturi, jolla herätepulssin aiheuttama magnetisaatiomuutos 30 mitataan sekä sopiva analysointilaite mittaustulosten analysoimiseksi.

Käytettävän magnetointipiirin voi muodostaa esim. U-sydäminen kela, jolla tutkittava materiaali voidaan ensiksi demagnetoida ja sen jälkeen magnetoida 35 paikallisesti siten, että alueen magnetoelastinen vuorovaikutus on suurimmillaan.

Herätepulssina käytetään elastista aaltoa, 4 3 9-114 jonka voi tuottaa esim. jousikuormitteinen iskuri. Herätepulssilähteen tuottama akustinen aalto etenee materiaalissa ja aiheuttaa paikallisen irreversiibelin magnetisaatiomuutoksen mitattavalla alueella.

5 Mittausanturina voidaan käyttää esim. ferriit- tisydämistä kelaa, johon herätepulssin aiheuttama mag-netisaatiomuutos indusoi sähköjännitteen, jonka ominaisuudet riippuvat mittausalueen jännitys- ja muodonmuutostiloista. Laitteessa käytettävä analysointilaite voi 10 olla mikä tahansa tunnettu laitteisto tai järjestely, jolla tuloksia voidaan käsitellä ja/tai ne voidaan rekisteröidä tai tallentaa.

Laitteessa on myös mittauslaite, esim. Hall-anturi, jolla voidaan mitata tutkittavan alueen mag-15 neettivuon tiheys, jolloin magnetoiva kenttävoimakkuus voidaan säätää vastaamaan suurinta magnetoelastista vuorovaikutusta.

Laitetta käytettäessä analysoimalla mittauske-lassa indusoituneen jännitepulssin ominaisuuksia saa-20 daan tietoa materiaalin plastisesta muodonmuutostilasta ja dislokaatiorakenteesta. Jos mitattavassa kappaleessa on tapahtunut plastista muodonmuutosta, myöskin heräte-pulssin aiheuttama magnetisaatiomuutos ja mittauskelaan indusoitunut jännitepulssi ovat erilaisia kuin kuormit-25 tamattomassa kappaleessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna tunnettuun tekniikkaan verrattuna on se, että saadaan tietoa paikallisesti materiaalin pintakerroksessa tapahtuneesta plastisesta muodonmuutoksesta ja dislokaatiorakentees-30 ta.

Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisen piirustuksen avulla, jossa on esitetty kaaviomaisesti eräs keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä laite.

35 Laite ei millään tavoin rajoita tutkittavan magneettista materiaalia olevan kappaleen 1 muotoa, vaan se voi olla levymäinen, tankomainen, putkimainen 5 b 9 41 4 jne. Kuvan esittämään laitteeseen kuuluu U-sydämisestä kelasta koostuva magnetointipiiri 3, herätepulssilähde 4, analysointilaite 5, magnetisaatiomuutosten mittausanturi 2 sekä magneettivuon mittauslaite 6.

5 Laitetta käytetään seuraavasti. Laite asete taan tutkittavan materiaalin 1 tutkittavan kohdan päälle ja ensiksi magnetointipiirillä 3 tutkittava alue demagnetoidaan. Tämän jälkeen magnetointipiirillä 3 tutkittava alue magnetoidaan siten, että alueen magne-10 toelastinen vuorovaikutus on suurimmillaan, joka tapahtuu esim. siten, että mittauslaitteen 6 avulla tutkittava alue magnetoidaan aluksi magneettista kyllästysti-laa vastaavaan arvoonsa ja tämän jälkeen magnetointi lasketaan noin 80 %:iin tästä arvosta. Mittauslaite 6 15 on esim. Hall-anturi.

Tämän jälkeen herätepulssilähteellä 4, joka voi olla esim. jousikuormitteinen iskuri tai pietsosäh-köinen kide, aiheutetaan tutkittavaan alueeseen akustinen aalto, joka etenee tutkittavassa alueessa aiheut-20 taen siihen magnetisaatiomuutoksen, joka indusoi mittausanturissa 2 olevaan kelaan sähköjännitteen, jonka ominaisuudet riippuvat mittausalueen muodonmuutostilasta. Saatu jännite johdetaan analysointilaitteeseen 5, jolla saatua pulssimaista käyrämuotoa voidaan tutkia ja 25 sen perusteella määrittää tutkittavan materiaalin muodonmuutostila .

Esitetyllä anturilla voidaan mitata kappaleessa valmistuksen tai käytön aikana syntyneitä muodonmuutoksia, joita voivat aiheuttaa esim. sorvaus, jyrsintä, 30 kuulapuhallus, karkaisu, staattiset ja dynaamiset kuormitukset, viruminen jne.

Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen avulla keksinnön eri sovellusten ollessa kuitenkin mahdollisia patenttivaatimus-35 ten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (5)

6 39414

1. Menetelmä plastisen muodonmuutoksen ja dislokaatiorakenteen mittaamiseksi magneettisessa mate-5 riaalissa, tunnettu siitä, että - tutkittavan materiaalin (1) mitattava kohta magnetoi-daan vakiosuuruisella magneettikentällä, - magnetoituun alueeseen aiheutetaan akustinen heräte-pulssi , 10. herätepulssin aiheuttama irreversiibeli magnetisaa- tiomuutos mitataan ja - irreversiibeliä magnetisaatiomuutosta kuvaava mittaustulos analysoidaan tutkittavan materiaalin muodonmuutostilan saamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen magnetointia tutkittava materiaali (1) demagnetoidaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että akustinen heräte- 20 pulssi aiheutetaan mekaanisella iskurilla.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnetisaatio-muutos mitataan mitattavan kappaleen pinnalla olevalla anturilla (2), esim. ferriittisydäminen kela.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tutkittava materiaali (1) magnetoidaan magneettikentällä, jonka suuruus on noin 70 - 90 % tutkittavan materiaalin magneettista kyllästystilaa vastaavasta arvosta. 30 7 69414