FI89414C - Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material - Google Patents
Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material Download PDFInfo
- Publication number
- FI89414C FI89414C FI910289A FI910289A FI89414C FI 89414 C FI89414 C FI 89414C FI 910289 A FI910289 A FI 910289A FI 910289 A FI910289 A FI 910289A FI 89414 C FI89414 C FI 89414C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measured
- examined
- magnetization
- measuring
- magnetic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
1 894141 89414
MENETELMÄ PLASTISEN MUODONMUUTOKSEN JA DISLOKAATIORA-KENTEEN MITTAAMISEKSI MAGNEETTISESSA MATERIAALISSAMETHOD OF MEASURING PLASTIC DEFORMATION AND DISLOCATION STRUCTURE IN A MAGNETIC MATERIAL
Keksinnön kohteena on menetelmä plastisen 5 muodonmuutoksen ja dislokaatiorakenteen mittaamiseksi magneettisessa materiaalissa.The invention relates to a method for measuring the plastic deformation and dislocation structure in a magnetic material.
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.During manufacture and use, different parts undergo plastic deformation of different size and quality. Plastic deformation occurs through dislocations. Deformation is caused by, for example, turning, milling, ball blasting, hardening, static and dynamic loads, creep, etc.
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.To measure stresses, there are residual stress measurement methods based on the magnetic properties of the material. It is characteristic of all of them that the body is cyclically magnetized and changes in e.g. the magnetic hysteresis curve or the so-called Barkhausen noise characteristics.
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.A problem with these known methods is that the signal to be measured is also affected by those magnetization processes which are sensitive to microstructural phenomena other than stress and deformation, e.g. inclusions, precipitates, phase boundaries and surface cracks, e.g. in 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.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks. In particular, the object of the invention is to provide a new type of measuring method with which the plastic deformation state on the surface of a body can be measured and with which the dislocation structure formed during plastic deformation can be studied.
Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.With regard to the features characteristic of the invention, reference is made to the claims.
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.35 When a ferromagnetic material is subjected to a load, its magnetization changes. This interaction is called a magnetoelastic or magnetomechanical 2, 9414 sex phenomenon. The direction and magnitude of the change in magnetization depend on the magnetostrictivity of the material, the stress, the previous deformation, and the initial magnetic state of the material, i.e., the difference between the hysteresis and anhysteresis states. The change in magnetization can be measured with a measuring sensor on the surface of the body.
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.In the method according to the invention, the signal to be measured is mainly produced by magnetization processes, 90 ° domain walls, which are particularly sensitive to plastic deformation. Consequently, the sensitivity of the method according to the invention for measuring deformation is higher than in known methods.
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.In the method according to the invention, the point to be measured of the material to be examined is magnetized with a constant magnetic field of a certain magnitude. In this way, the magnetic structure of the metal is tuned as sensitive as possible to the effect of plastic deformation dislocations and yield. An acoustic excitation pulse is then applied to the magnetized region 20, and the change in magnetization in the material caused by the excitation pulse is measured. From the measurement results describing the magnetization changes, the stress and deformation states of the investigated material can be analyzed.
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.In the method according to the invention, before magnetization, the material to be examined is demagnetized and then magnetized locally so that the magnetoelastic interaction of the area to be examined is at its maximum. Experiments have shown that the magnetoelastic interaction is greatest when the magnetizing field is about 70-90% of the value corresponding to the magnetic saturation state. This magnetization can be performed, for example, by first magnetizing the material to a value corresponding to its saturation state, whereby the extreme limits at which it operates are obtained.
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.The elastic excitation pulse used in the method can be caused, for example, by a spring-loaded or other 3 3 9 414 * mechanical striker. As the excitation pulse propagates in the area to be measured, the magnetization of this area changes irreversibly. This change can be measured by a suitable sensor on the surface of the object to be examined, e.g. a ferrite core coil. Individual pulses can be used as the excitation pulse or it can consist of a series of successive pulses.
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.If a plastic deformation has taken place in the material under test, the characteristics of the electrical voltage induced in the measuring coil are different from those in the unmodified part. The curves of the measurement pulses thus obtained vary according to the properties of the material to be examined. The pulse measured from the modified material is smaller than the original pulse. In addition, the pulse measured from the 15 modified materials has a smaller or smaller go than the original pulse.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää ominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan tunnettua referenssinäytettä, jolloin referenssinäytteen antamaa 20 pulssimaista käyrämuotoa voidaan verrata tutkittavista materiaaleista saatuihin käyrämuotoihin.In the method according to the invention, a reference sample known for its properties and structure can be used, whereby the pulse-like curve shape given by the reference sample can be compared with the curve shapes obtained from the materials to be examined.
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.The device used in the method according to the invention for measuring deformation in a magnetic material comprises a magnetizing circuit for magnetizing the material to be measured with a magnetic field of a desired magnitude, a measuring sensor for measuring magnetic flux density, an excitation pulse source To analyze.
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.The excitation circuit used can be formed, for example, by a U-core coil, with which the material to be examined can first be demagnetized and then magnetized 35 locally so that the magnetoelastic interaction of the region is at its maximum.
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.An elastic wave, 4 3 9-114, which can be produced, for example, by a spring-loaded striker, is used as the excitation pulse. The acoustic wave produced by the excitation pulse source propagates in the material and causes a local irreversible magnetization change in the measured range.
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.5 As a measuring sensor, it is possible to use, for example, a ferrite-core coil in which the change in magnetization caused by the excitation pulse induces an electrical voltage, the properties of which depend on the stress and deformation states of the measuring range. The analyzer used in the device may be any known apparatus or arrangement by which the results can be processed and / or recorded or stored.
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.The device also has a measuring device, e.g. a Hall sensor, with which the magnetic flux density of the magnetic area under study can be measured, whereby the magnetizing field strength can be adjusted to correspond to the maximum magnetoelastic interaction.
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.When using the device, by analyzing the properties of the voltage pulse induced in the measuring coil, information is obtained about the plastic deformation state and dislocation structure of the material. If a plastic deformation has taken place in the measured part, the magnetization change caused by the excitation pulse and the voltage pulse induced in the measuring coil are also different from those in the unloaded part.
Keksinnön mukaisen menetelmän etuna tunnettuun tekniikkaan verrattuna on se, että saadaan tietoa paikallisesti materiaalin pintakerroksessa tapahtuneesta plastisesta muodonmuutoksesta ja dislokaatiorakentees-30 ta.An advantage of the method according to the invention compared to the prior art is that information is obtained locally on the plastic deformation and dislocation structure in the surface layer of the material.
Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisen piirustuksen avulla, jossa on esitetty kaaviomaisesti eräs keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä laite.In the following, the invention will be described with the aid of the accompanying drawing, which schematically shows a device used in the method according to the invention.
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 6.35 The device does not in any way limit the shape of the body 1 of magnetic material to be examined, but may be plate-shaped, rod-shaped, tubular 5 b 9 41 4, etc. The device shown in the figure includes a U-core coil magnetization circuit 3, excitation pulse source 4, analyzer 5, magnetization change sensor 2 and a magnetic flux measuring device 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.5 Use the device as follows. The device is placed on the test site of the material to be examined 1 and first the area to be examined is demagnetized by the excitation circuit 3. The area to be examined is then magnetized by the magnetizing circuit 3 so that the toelastic interaction of the area magnet-10 is at its maximum, which occurs e.g. by measuring the area to be examined by the measuring device 6 to its magnetic saturation state and then the magnetization is reduced to about 80% of this. value. The measuring device 6 15 is e.g. a Hall sensor.
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 .Thereafter, an excitation pulse source 4, which may be e.g. a spring-loaded striker or a piezoelectric crystal, produces an acoustic wave in the test area, which propagates in the test area, causing a magnetization change that induces a The obtained voltage is applied to an analyzing device 5, with which the obtained pulsed curve shape can be examined and on the basis of this, the deformation state of the material to be examined can be determined.
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.The sensor shown can be used to measure deformations in a part during manufacture or use, which can be caused by, for example, turning, milling, 30 Ball blasting, hardening, static and dynamic loads, creep, etc.
Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen avulla keksinnön eri sovellusten ollessa kuitenkin mahdollisia patenttivaatimus-35 ten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention has been described above by way of example with the aid of the accompanying drawing, however, various embodiments of the invention are possible within the scope of the inventive idea defined by the claims.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI910289A FI89414C (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI910289A FI89414C (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material |
FI910289 | 1991-01-18 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI910289A0 FI910289A0 (en) | 1991-01-18 |
FI910289A FI910289A (en) | 1992-07-19 |
FI89414B FI89414B (en) | 1993-06-15 |
FI89414C true FI89414C (en) | 1993-09-27 |
Family
ID=8531763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI910289A FI89414C (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI89414C (en) |
-
1991
- 1991-01-18 FI FI910289A patent/FI89414C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI910289A0 (en) | 1991-01-18 |
FI910289A (en) | 1992-07-19 |
FI89414B (en) | 1993-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4931730A (en) | Method and apparatus for non-destructive materials testing and magnetostructural materials investigations | |
Chen et al. | Quantitative nondestructive evaluation of plastic deformation in carbon steel based on electromagnetic methods | |
Stupakov | Controllable magnetic hysteresis measurement of electrical steels in a single-yoke open configuration | |
US4689558A (en) | Non-destructive method of measuring the fatigue limit of ferromagnetic materials by use of the mechanical Barkhauser phenomenon | |
Piotrowski et al. | The influence of elastic deformation on the properties of the magnetoacoustic emission (MAE) signal for GO electrical steel | |
CN112946061B (en) | TRIP steel plate nondestructive strength detection device and method | |
Theiner et al. | Determination of residual stresses using micromagnetic parameters | |
FI89414C (en) | Process for measuring plastic shape change and dislocation structure in magnetic material | |
Jagadish et al. | The effect of stress and magnetic field orientation on surface Barkhausen noise in pipeline steel | |
Tiitto | Influence of elastic and plastic strain on the magnetization process in Fe-3.5% Si | |
Mészáros | Micromagnetic measurements and their applications | |
Jiles | Microstructure and stress dependence of the magnetic properties of steels | |
WO1983001836A1 (en) | Method for measuring fatigue strength of ferromagnetic materials non-destructively | |
FI60934B (en) | SAETT ATT DEFINIERA UTMATTNINGSHAOLLFASTHET HOS FERROMAGNETISKT MATERIAL UTAN ATT BRYTA MATERIALET | |
FI62732B (en) | SAETT ATT DEFINIERA UTMATTNINGSHAOLLFASTHET HOS FERROMAGNETISKT MATERIAL UTAN ATT BRYTA MATERIALET | |
McClure et al. | Correlation of Barkhausen effect type measurements with acoustic emission in fatigue crack growth studies | |
Zadvorkin et al. | Detecting plastic strain localization zones in steel products by the results of magnetic measurements | |
US20230018264A1 (en) | Method for determining a materials characteristic value of magnetizable metal bodies by means of a micromagnetic sensor assembly, and corresponding sensor assembly | |
Maciakowski et al. | Measurements of the mechanical Barkhausen noise in ferromagnetic steels | |
Stuecker et al. | Method and apparatus for measuring and precisely locating internal tensile stresses in hardened regions of components by measuring coercive field strength and Barkhausen noise amplitude: US Patent No. 4,881,030 (14 Nov. 1989) | |
RU2376592C1 (en) | Method of pulsed magnetic controlling temperature of drawing objects from medium carbon steel | |
RU2024889C1 (en) | Method of measuring coercive force of ferrous rod specimen | |
Xiangrong et al. | A study of the fatigue softening and hardening of steel by the magnetoelastic effect method | |
SU1113732A1 (en) | Electromagnetic acoustic method of quality control of articles of ferromagnetic materials | |
JPS6126831A (en) | Measuring method of impact strain |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
MA | Patent expired |