JP2001133441A - Non-destructive hardness measurement method - Google Patents
Non-destructive hardness measurement methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等、強磁性体
材料の硬度をバルクハウゼンノイズを利用して非破壊計
測する方法に関するものである。The present invention relates to a method for non-destructively measuring the hardness of a ferromagnetic material such as a steel plate using Barkhausen noise.
【０００２】[0002]
【従来の技術】材料の硬度情報は、材料を構造部材とし
て使用するために重要な情報である。例えば、硬度は材
料の摩耗性と相関が強いため、耐摩耗鋼板の品質保証の
指標として用いられている。また、硬度は引張試験値を
はじめとする種々の機械的性質と相関があるので、それ
らの推定にも利用されている。さらに、硬度は、脱炭層
の深さ測定や、メッキ層の厚さ測定、鋼の焼き入れ性の
判定、鋼材の溶接性の評価にも応用されている。2. Description of the Related Art Material hardness information is important information for using a material as a structural member. For example, hardness has a strong correlation with the abrasion property of a material, and thus is used as an index for quality assurance of a wear-resistant steel plate. Further, since the hardness has a correlation with various mechanical properties such as a tensile test value, it is also used for estimating them. Further, the hardness is also applied to the measurement of the depth of the decarburized layer, the measurement of the thickness of the plating layer, the determination of the hardenability of the steel, and the evaluation of the weldability of the steel material.
【０００３】現在、硬度計測方法として標準的に使用さ
れているものは、押し込み試験法、動的試験法、引っ掻
き試験法に大別される。このうちＪＩＳに規定されてい
る手法としては、押し込み試験法にブリネル試験法、ビ
ッカース試験法、ロックウェル試験法が、動的試験法に
ショア試験法がある。これらは、いずれも圧子を直接材
料に押し当てるものであり、測定面に永久変形が生じる
破壊検査となる。[0003] Currently, standard methods for measuring hardness are roughly classified into an indentation test method, a dynamic test method, and a scratch test method. Among them, the methods specified in JIS include the Brinell test, Vickers test and Rockwell test as the indentation test, and the Shore test method as the dynamic test method. Each of these methods directly presses an indenter against a material, and is a destructive inspection in which a permanent deformation occurs on a measurement surface.
【０００４】これに対し、非破壊試験法としてＸ線回折
法や磁気測定法が提案されている。Ｘ線回折法は、特開
昭５１−１４０６８０号公報に開示されているように、
回折したＸ線の半価幅をもとに硬度を推定するものであ
り、鋼材の炭素量が特定できれば良好な推定結果が得ら
れるとされている。On the other hand, an X-ray diffraction method and a magnetic measurement method have been proposed as non-destructive testing methods. The X-ray diffraction method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-140680.
The hardness is estimated based on the half width of the diffracted X-ray, and it is said that a good estimation result can be obtained if the carbon content of the steel material can be specified.
【０００５】一方、特開昭６２−８５３号公報、特開昭
６２−５２４５１号公報には、渦電流を応用した硬度測
定法が開示されている。これらに開示されている技術を
図６に示す。発振器１５で発生させた交流信号を電力増
幅器１４で増幅し、一次コイル１２に印加する。そし
て、それにより発生する交流磁場を被測定物１１に印加
する。この交流磁場により被測定物１１には渦電流が発
生する。渦電流により誘導された磁場は２次コイル１３
によって検出され、信号増幅器１６で増幅された後、渦
電流−硬さ変換器１７で硬さの測定値に変換されて出力
される。On the other hand, JP-A-62-853 and JP-A-62-52451 disclose a hardness measuring method using eddy current. FIG. 6 shows the technology disclosed therein. The AC signal generated by the oscillator 15 is amplified by the power amplifier 14 and applied to the primary coil 12. Then, the AC magnetic field generated thereby is applied to the DUT 11. An eddy current is generated in the DUT 11 by the AC magnetic field. The magnetic field induced by the eddy current is
After being amplified by the signal amplifier 16, it is converted into a measured hardness value by the eddy current-hardness converter 17 and output.
【０００６】この方法は、鋼材の硬度が透磁率と相関が
あることを応用したものである。すなわち、鋼材の硬度
が上昇するにつれ透磁率は減少する傾向にあるが、渦電
流出力値は対象の透磁率によって変化するため、渦電流
出力値を測定することによって、鋼材の硬度を計測する
ことができる。[0006] This method utilizes the fact that the hardness of a steel material has a correlation with the magnetic permeability. That is, the magnetic permeability tends to decrease as the hardness of the steel material increases, but the eddy current output value changes depending on the magnetic permeability of the target. Therefore, the hardness of the steel material must be measured by measuring the eddy current output value. Can be.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でのＪＩＳに規定された硬度試験法には、 １）測定面の変形を伴う破壊試験である。 ２）圧子の押し込みや跳ね返りにもとづくことから、測
定面の表面性状によって測定データが変動するため、研
磨等により表面性状を整える必要があり、測定に多大な
時間と労力を要する。 ３）硬度計測は、圧痕の面積やその深さ、圧子の跳ね返
り高さに基づくため、測定上振動を嫌う。またこのこと
から装置が大型となる。 という問題点がある。これらの問題点のために、これま
でのＪＩＳに規定された硬度測定法により生産ラインに
ある被検査材の硬度をオンラインで測定することは困難
であり、生産ラインにある被検査材からサンプルをとっ
て、試験機が設置された試験室で測定を行う必要があっ
た。よって、サンプルの採取から測定までに時間がかか
り、測定された硬度情報を生産ラインにフィードバック
して、硬度の制御を行うことが不可能であった。However, the hardness test methods specified in JIS up to now include: 1) a destructive test involving deformation of a measurement surface. 2) Since measurement data fluctuates depending on the surface properties of the measurement surface because it is based on the indentation and rebound of the indenter, it is necessary to adjust the surface properties by polishing or the like, which requires a great deal of time and labor for measurement. 3) Since the hardness measurement is based on the area and depth of the indentation and the rebound height of the indenter, vibration is disliked in the measurement. This also results in a larger device. There is a problem. Because of these problems, it is difficult to measure the hardness of the material to be inspected on the production line online by the hardness measurement method specified in the JIS up to now, and it is difficult to measure the sample from the material to be inspected on the production line. Therefore, it was necessary to perform the measurement in the test room where the testing machine was installed. Therefore, it takes time from the collection of the sample to the measurement, and it is impossible to control the hardness by feeding back the measured hardness information to the production line.
【０００８】また、被破壊硬度計測法であるＸ線回折法
には、 １）Ｘ線の侵入深さは数μmと浅く、表面性状の影響を
受けやすいため、同様に測定面を研磨する必要がある。 ２）装置のセッティングに数10分、さらにＸ線回折プロ
ファイルを得るのに数10分と、長時間を要する。 ３）装置が極めて大形である。 という問題点がある。よって、前記ＪＩＳに規定された
硬度測定法と同様、生産ラインにある被検査材の硬度を
オンラインで測定することは困難であり、生産ラインに
ある被検査材からサンプルをとって、試験機が設置され
た試験室で測定を行う必要があった。よって、サンプル
の採取から測定までに時間がかかり、測定された硬度情
報を生産ラインにフィードバックして、硬度の制御を行
うことが不可能であった。以上の理由から、Ｘ線回折法
は、専ら実験室レベルで用いられているのが現状であ
る。Further, the X-ray diffraction method, which is a method for measuring hardness to be destroyed, is as follows: 1) The penetration depth of X-rays is as small as several μm and is easily affected by surface properties. There is. 2) It takes a long time, several tens of minutes to set up the apparatus, and several tens of minutes to obtain an X-ray diffraction profile. 3) The device is very large. There is a problem. Therefore, it is difficult to measure the hardness of the material to be inspected on the production line online similarly to the hardness measurement method specified in the JIS, and the tester takes a sample from the material to be inspected on the production line and The measurement had to be performed in the test room where it was installed. Therefore, it takes time from the collection of the sample to the measurement, and it is impossible to control the hardness by feeding back the measured hardness information to the production line. For the above reasons, the X-ray diffraction method is currently used exclusively at the laboratory level.
【０００９】一方、渦電流を応用した方法は、表面性状
を整える必要がなく、装置構成も簡素であり、測定時間
も短い。よって、オンラインに設置することが可能であ
る。しかしながら、 １）渦電流は透磁率のほかに材料の導電率の影響も受け
るが、導電率は成分や温度の影響を受けるため、これを
補正する必要がある。 ２）硬度による透磁率の差が小さいため渦電流の出力の
差も小さい。従って、測定感度、測定精度とも十分でな
い。 という問題点を有している。このような理由から、渦電
流法は十分な測定精度が得られず、非破壊硬度計測法と
して実用化されていないのが現状である。On the other hand, the method using the eddy current does not need to prepare the surface properties, the apparatus configuration is simple, and the measurement time is short. Therefore, it can be installed online. However, 1) Although the eddy current is affected not only by the magnetic permeability but also by the conductivity of the material, the conductivity is affected by the component and the temperature, so that it is necessary to correct this. 2) Since the difference in magnetic permeability due to hardness is small, the difference in eddy current output is also small. Therefore, both measurement sensitivity and measurement accuracy are not sufficient. There is a problem that. For these reasons, the eddy current method does not provide sufficient measurement accuracy, and has not been practically used as a nondestructive hardness measurement method.
【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、生産ラインにおいても、材料の硬度を精度良く
オンラインで測定できる非破壊硬度計測法を提供するこ
とを課題とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a nondestructive hardness measurement method capable of accurately measuring the hardness of a material on a production line on-line.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、被測定強磁性体材料へ増加または減少
傾向にある磁界を印加し、これによる磁化の変化によっ
て生じるバルクハウゼンノイズを測定することにより材
料の硬度を非破壊計測する方法であって、バルクハウゼ
ンノイズの発生に要する磁界の強さを求め、あらかじめ
求めておいたバルクハウゼンノイズの発生に要する磁界
の強さと強磁性体材料の硬度との関係に基づいて、材料
の硬度を計測ことを特徴とする非破壊硬度計測方法（請
求項１）である。A first means for solving the above-mentioned problem is to apply a magnetic field which is increasing or decreasing to a ferromagnetic material to be measured, and to apply Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the applied magnetic field. Is a method of non-destructively measuring the hardness of a material by measuring the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise, and determining the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise and the ferromagnetic A nondestructive hardness measuring method (claim 1) characterized in that the hardness of a material is measured based on a relationship with the hardness of a body material.
【００１２】バルクハウゼンノイズ法は、渦電流法と同
様に、強磁性体の磁気的特性に基づく硬度測定である。
硬度の正確な定義は難しいが、一般には「材料の塑性変
形に対する抵抗の度合い」と理解して差し支えない（硬
度の高いものは塑性変形し難く、硬度の低いものは塑性
変形し易い）。ここで、塑性変形を担っているのは材料
内の「転位のすべり」であり、硬度の高い材料ほど転位
がすべり難く、硬度の低い材料では転位がすべり易い。The Barkhausen noise method, like the eddy current method, is a hardness measurement based on the magnetic properties of a ferromagnetic material.
Although it is difficult to accurately define the hardness, it can be generally understood as "the degree of resistance of a material to plastic deformation" (a material having a high hardness is unlikely to undergo plastic deformation, and a material having a low hardness is likely to undergo plastic deformation). Here, it is "dislocation slip" in the material that is responsible for plastic deformation. Dislocation is less likely to slip in a material having a higher hardness, and dislocation is more likely to slip in a material having a lower hardness.
【００１３】つまり、硬度を増すには転位のすべりを固
着すればよく、これまで鉄鋼の製造プロセスにおいて
は、「合金成分の添加」、「制御圧延」、「制御冷却」
などによって促進される、「結晶粒径微細化」、「固溶
強化」、「析出強化」、「加工硬化」、「変態強化」を
利用した硬度の作り込みがなされてきた。つまり、これ
らの製造プロセスにより、転位を固着（ピニング）する
因子を増加させることで、鉄鋼材料の硬度を向上させて
きた。すなわち、ピニング因子が増すほど硬度が増すこ
とになる。In other words, to increase the hardness, it is sufficient to fix the dislocation slip. Conventionally, in the production process of steel, "addition of alloy components", "controlled rolling", "controlled cooling"
Hardness has been promoted by utilizing "fine grain size reduction", "solid solution strengthening", "precipitation strengthening", "work hardening", and "transformation strengthening". In other words, the hardness of the steel material has been improved by increasing the factor of fixing (pinning) dislocations by these manufacturing processes. That is, the hardness increases as the pinning factor increases.
【００１４】一方、バルクハウゼンノイズとは、強磁性
体の磁化に伴う磁壁の不連続移動によって発生する磁気
ノイズである。図２に磁性材料の磁化過程を示す。同図
内の左図は磁化に伴う微視的な材料の変化を示したもの
で、右図はそれに対応した磁化曲線を示したものであ
る。(1)→(2)→(3)という順番で磁化が進行し、磁性材
料の結晶は、磁区と呼ばれる磁化の揃った小領域に分割
され、その境界は磁壁と呼ばれる。On the other hand, Barkhausen noise is magnetic noise generated by discontinuous movement of a domain wall accompanying magnetization of a ferromagnetic material. FIG. 2 shows the magnetization process of the magnetic material. The left figure in the figure shows a microscopic change of the material accompanying the magnetization, and the right figure shows a magnetization curve corresponding thereto. The magnetization progresses in the order of (1) → (2) → (3), and the crystal of the magnetic material is divided into small domains with uniform magnetization called magnetic domains, and the boundaries are called domain walls.
【００１５】(1)は、磁性材料に外部磁場が与えられて
いない状態を示す。この状態では、微視的に見ると磁区
の磁化の状態がランダムになっており、材料全体として
は磁化されていないことになる。(1) shows a state in which no external magnetic field is applied to the magnetic material. In this state, when viewed microscopically, the state of magnetization of the magnetic domains is random, and the material as a whole is not magnetized.
【００１６】(2)は、外部磁化を少し与えた状態を示
す。磁区は外部磁場と同一の方向に磁化されたものが成
長し、それに伴い磁壁が移動する。この際、結晶内部に
ピニング因子があると、磁壁の移動が妨げられる。(2) shows a state in which external magnetization is slightly applied. The magnetic domain grows magnetized in the same direction as the external magnetic field, and the domain wall moves accordingly. At this time, if there is a pinning factor inside the crystal, the movement of the domain wall is hindered.
【００１７】(3)は、更に外部磁化を与えた状態を示
す。磁区は更に成長し、磁壁もピニング因子を乗り越
え、最後には結晶全体が同一の方向に磁化される。ここ
で、磁壁がピニング因子を乗り越える際に生じるノイズ
がバルクハウゼンノイズである。この現象は、右図にお
いては、拡大図に示すように、磁化曲線が階段状になる
ことで示される。(3) shows a state where external magnetization is further applied. The domains grow further, the domain walls also overcome the pinning factor, and finally the entire crystal is magnetized in the same direction. Here, the noise generated when the domain wall overcomes the pinning factor is Barkhausen noise. This phenomenon is shown in the right figure by the magnetization curve having a step shape as shown in the enlarged view.
【００１８】このように、強磁性体の磁区は磁化に伴っ
て成長し、この際磁壁が移動するが、先に述べた硬度造
り込みのためのピニング因子があると磁壁の移動が阻害
され、磁界の増加に伴う磁束密度の増加が不連続的とな
る。このときに発生するのがバルクハウゼンノイズであ
り、図３に示したように、鋭いパルス状のノイズとなっ
て現れる。As described above, the magnetic domain of the ferromagnetic material grows with the magnetization, and the domain wall moves at this time. However, the movement of the domain wall is hindered by the above-described pinning factor for building hardness. The increase of the magnetic flux density with the increase of the magnetic field becomes discontinuous. What occurs at this time is Barkhausen noise, which appears as sharp pulse-shaped noise as shown in FIG.
【００１９】硬度の高い材料ではピニング因子が多く、
磁化され難い（磁壁が移動し難い）ため、磁壁の移動は
強い磁界のところで激しく生じる。逆に、硬度の低い材
料ではピニング因子が少なく、磁化され易い（磁壁が移
動し易い）ため、磁壁の移動は弱い磁界のところで激し
く生ずる。Materials having high hardness have many pinning factors,
Since it is hard to be magnetized (the domain wall is hard to move), the domain wall moves violently in a strong magnetic field. Conversely, a material having a low hardness has a small pinning factor and is easily magnetized (the domain wall is likely to move), so that the domain wall moves strongly in a weak magnetic field.
【００２０】このように、バルクハウゼンノイズの発生
する磁界の強さと材料の硬度との間には一定の関係があ
るので、この関係をあらかじめ求めておき、非測定材料
においてバルクハウゼンノイズが発生する磁界の強さを
求め、あらかじめ求めた関係式に当てはめることによ
り、非測定材料の硬度を非破壊で知ることができる。As described above, since there is a certain relation between the strength of the magnetic field generating Barkhausen noise and the hardness of the material, this relation is determined in advance, and Barkhausen noise is generated in the non-measurement material. The hardness of the non-measurement material can be known in a non-destructive manner by calculating the strength of the magnetic field and applying it to the relational expression obtained in advance.
【００２１】なお、本明細書においては、磁界の強さは
一方向に向かう磁界の強さを示しており、符号を有した
ものとして扱っている。よって、反対方向に向かう磁界
の絶対値が増加しているときは、「磁界が減少してい
る」と表現する。In this specification, the strength of a magnetic field indicates the strength of a magnetic field in one direction, and is treated as having a sign. Therefore, when the absolute value of the magnetic field going in the opposite direction is increasing, it is expressed as "the magnetic field is decreasing".
【００２２】前記課題を解決するための第２の手段は、
被測定強磁性体材料へ増加または減少傾向にある磁界を
印加し、これによる磁化の変化によって生じるバルクハ
ウゼンノイズを測定することにより材料の硬度を非破壊
計測する方法であって、バルクハウゼンノイズの振幅が
最大となるときの磁界の強さを測定し、あらかじめ求め
ておいたバルクハウゼンノイズの振幅が最大となるとき
の磁界の強さと強磁性体材料の硬度との関係に基づい
て、材料の硬度を計測することを特徴とする非破壊硬度
計測方法（請求項２）である。A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
A method of non-destructively measuring the hardness of a material by applying a magnetic field that tends to increase or decrease to a ferromagnetic material to be measured and measuring Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the applied magnetic field. The strength of the magnetic field when the amplitude is maximum is measured, and based on the relationship between the strength of the magnetic field when the amplitude of the Barkhausen noise obtained beforehand is maximum and the hardness of the ferromagnetic material, A nondestructive hardness measurement method characterized by measuring hardness (claim 2).
【００２３】前述のように、バルクハウゼンノイズは強
磁性体の磁化に伴って発生するが、磁壁の移動が激しく
なる磁界の強さのところで、バルクハウゼンノイズは最
も強く発生する。したがって、バルクハウゼンノイズが
最も大きく発生する磁界の強さから、材料の磁壁の移動
が最も激しくなるような磁界の強さを知ることができ
る。As described above, Barkhausen noise is generated due to the magnetization of the ferromagnetic material, but Barkhausen noise is generated most strongly at the strength of the magnetic field at which the domain wall moves sharply. Therefore, from the strength of the magnetic field at which the Barkhausen noise is the largest, it is possible to know the strength of the magnetic field at which the movement of the domain wall of the material becomes the most intense.
【００２４】バルクハウゼンノイズがもっとも大きく発
生する磁界の強さと、材料の硬度との間にも一定の関係
があるので、これらの関係をあらかじめ求めておき、被
測定材料においてバルクハウゼンノイズがもっとも大き
く発生する磁界の強さを求め、あらかじめ求めた関係式
に当てはめることにより、被測定材料の硬度を非破壊で
知ることができる。Since there is a certain relationship between the strength of the magnetic field at which the Barkhausen noise is most generated and the hardness of the material, these relationships are determined in advance and the Barkhausen noise of the material to be measured is the largest. By obtaining the strength of the generated magnetic field and applying the strength to the relational expression obtained in advance, the hardness of the material to be measured can be known in a non-destructive manner.
【００２５】前記課題を解決するための第３の手段は、
被測定強磁性体材料へ増加または減少傾向にある磁界を
印加し、これによる磁化の変化によって生じるバルクハ
ウゼンノイズを測定することにより材料の硬度を非破壊
計測する方法であって、増加過程にある磁界を印加した
ときにバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる印加磁
界と、減少過程にある磁界を印加したときにバルクハウ
ゼンノイズの振幅が最大となる印加磁界とをそれぞれ求
めて、それらの絶対値の和を求め、あらかじめ求めてお
いたこれらの絶対値の和と磁性体材料の硬度との関係に
基づいて、材料の硬度を計測することを特徴とする非破
壊硬度計測方法（請求項３）である。A third means for solving the above-mentioned problem is:
A method for applying non-destructive measurement of the hardness of a ferromagnetic material to be measured by applying an increasing or decreasing magnetic field to the ferromagnetic material to be measured and measuring Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the applied magnetic field. The applied magnetic field that maximizes the amplitude of Barkhausen noise when a magnetic field is applied and the applied magnetic field that maximizes the amplitude of Barkhausen noise when a decreasing magnetic field is applied are calculated, and their absolute values are calculated. A non-destructive hardness measurement method, wherein the hardness of the magnetic material is measured based on the relationship between the sum of the absolute values obtained in advance and the hardness of the magnetic material. It is.
【００２６】材料には残留磁化の影響で永久磁界が存在
している可能性がある。この磁界は、磁化器による磁界
の印加に対しバイアスとして働く。そのため、バルクハ
ウゼンノイズの発生に要する磁界の値は、磁界の増加過
程と減少過程では異なった値を示す。しかしながら、図
４に示すように、磁界が増加過程にあるときにバルクハ
ウゼンノイズの発生に要する磁界の値の絶対値と、磁界
が減少過程にあるときにバルクハウゼンノイズの発生に
要する磁界の値の絶対値との和は、残留磁界の有無や残
留磁界の強さに関わらず一定の値となる。There is a possibility that a permanent magnetic field exists in the material due to the influence of remanent magnetization. This magnetic field acts as a bias to the application of the magnetic field by the magnetizer. Therefore, the value of the magnetic field required to generate Barkhausen noise shows different values in the process of increasing and decreasing the magnetic field. However, as shown in FIG. 4, the absolute value of the magnetic field required to generate Barkhausen noise when the magnetic field is increasing and the value of the magnetic field required to generate Barkhausen noise when the magnetic field is decreasing. Is a constant value regardless of the presence or absence of the residual magnetic field and the strength of the residual magnetic field.
【００２７】よって、増加過程にある磁界を印加したと
きにバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる印加磁界
と、減少過程にある磁界を印加したときにバルクハウゼ
ンノイズの振幅が最大となる印加磁界とをそれぞれ求め
て、それらの絶対値の和を求め、この絶対値の和と材料
の硬度の関係式をあらかじめ求めておき、被測定材料に
おいて、増加過程にある磁界を印加したときにバルクハ
ウゼンノイズの振幅が最大となる印加磁界と、減少過程
にある磁界を印加したときにバルクハウゼンノイズの振
幅が最大となる印加磁界とをそれぞれ求めて、それらの
絶対値の和を求め、あらかじめ求めた関係式に当てはめ
ることにより、被測定材料の硬度を非破壊で知ることが
できる。Therefore, an applied magnetic field in which the amplitude of Barkhausen noise is maximized when a magnetic field in the increasing process is applied, and an applied magnetic field in which the amplitude of Barkhausen noise is maximized when the magnetic field in the decreasing process is applied. And the sum of their absolute values is calculated.The relational expression between the sum of the absolute values and the hardness of the material is obtained in advance, and when a magnetic field in the process of increasing is applied to the material to be measured, Barkhausen noise is calculated. The applied magnetic field that maximizes the amplitude of the applied magnetic field and the applied magnetic field that maximizes the amplitude of Barkhausen noise when a magnetic field that is in the process of decreasing are determined, and the sum of their absolute values is calculated. By applying the equation, the hardness of the material to be measured can be known nondestructively.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形
態の１例である硬度計測方法を実施するための測定装置
の概略構成を示す図である。図１において、１は被測定
材料、２は磁化器、３は磁気検出器、４は三角波発生
器、５は電力増幅器、６は信号増幅器、７はフィルタ
ー、８は演算処理装置、９は磁界検出器、１０は磁界信
号増幅器である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measuring device for performing a hardness measuring method as an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a material to be measured, 2 is a magnetizer, 3 is a magnetic detector, 4 is a triangular wave generator, 5 is a power amplifier, 6 is a signal amplifier, 7 is a filter, 8 is an arithmetic processing unit, and 9 is a magnetic field. The detector 10 is a magnetic field signal amplifier.
【００２９】三角波形発生器４より発信される三角波信
号は、電力増幅器５により信号増幅されて、励磁電流と
して磁化器２の励磁コイルへ印加される。この磁化器
は、図示するようにＵ字型をしており、２つのヨークが
被測定材料１に近接して設置される。この磁化器２のほ
ぼ中央には、被測定材料１の面方向の漏洩磁束を検出す
るため磁気検出器３が設置されている。ここでは、磁気
検出器３としてコの字型の磁気コイルを用いている。磁
気コイルで検出された信号は、信号増幅器６で増幅され
た後、不要な成分を取り除くためフィルター７を通さ
れ、バルクハウゼンノイズのみが抽出される。The triangular wave signal transmitted from the triangular waveform generator 4 is amplified by the power amplifier 5 and applied to the exciting coil of the magnetizer 2 as an exciting current. The magnetizer has a U-shape as shown in the figure, and two yokes are installed close to the material 1 to be measured. At a substantially center of the magnetizer 2, a magnetic detector 3 for detecting a leakage magnetic flux in the surface direction of the material 1 to be measured is provided. Here, a U-shaped magnetic coil is used as the magnetic detector 3. After the signal detected by the magnetic coil is amplified by the signal amplifier 6, it is passed through a filter 7 to remove unnecessary components, and only Barkhausen noise is extracted.
【００３０】また、被測定材料１の表面近傍に、被測定
材料１の表面方向の磁界を計測する磁界検出器９が設け
られており、その信号を磁界信号増幅器１０により増幅
して、被測定材料１に印加されている磁界を測定する。A magnetic field detector 9 for measuring a magnetic field in the surface direction of the material 1 to be measured is provided near the surface of the material 1 to be measured. The magnetic field applied to the material 1 is measured.
【００３１】演算処理装置８は、フィルター７で抽出さ
れたバルクハウゼンノイズの信号と磁界信号増幅器１０
の出力信号とにより、バルクハウゼンノイズの発生に要
する磁界の強さを算出して硬度に換算する。The arithmetic processing unit 8 includes a signal of the Barkhausen noise extracted by the filter 7 and the magnetic field signal amplifier 10.
With the output signal, the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise is calculated and converted into hardness.
【００３２】被測定材料１への磁界の印加は磁化器２に
より行われるが、バルクハウゼンノイズの発生に要する
磁界の強さを調べるために、材料へ印加する磁界の強さ
を変化させる必要がある。ここでは、磁界の強さの変化
を、磁化電流値を三角波状に増減させることで行ってい
る。The application of a magnetic field to the material 1 to be measured is performed by the magnetizer 2, but it is necessary to change the strength of the magnetic field applied to the material in order to check the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise. is there. Here, the intensity of the magnetic field is changed by increasing or decreasing the magnetizing current value in a triangular waveform.
【００３３】ここで、バルクハウゼンノイズは1〜10kHz
と高周波であるため、材料の表面近傍で発生したものの
みが測定される。そのため、バルクハウゼンの発生に要
する磁界の強さは材料表面近傍の値を知ればよい。この
値は隣接する空気層の磁界の強さと連続となることか
ら、表面近傍に設置した磁界検出器９により非破壊で磁
界の強さを測定することができる。これにより、バルク
ハウゼンノイズの発生に要する磁界の強さを知るとがで
きる。Here, the Barkhausen noise is 1 to 10 kHz.
Because of the high frequency, only those generated near the surface of the material are measured. Therefore, the intensity of the magnetic field required to generate Barkhausen may be a value near the material surface. Since this value is continuous with the magnetic field strength of the adjacent air layer, the magnetic field strength can be measured nondestructively by the magnetic field detector 9 installed near the surface. Thereby, it is possible to know the strength of the magnetic field required for generating Barkhausen noise.
【００３４】磁界検出器９を使用せず、あらかじめ材料
の厚みおよび成分ごとの磁化器への磁化電流値と磁界の
強さとの関係を求めておき、バルクハウゼンノイズの発
生に要する磁化器への磁化電流の強さから、バルクハウ
ゼンノイズの発生に要する磁界の強さを知ることも可能
である。Without using the magnetic field detector 9, the relationship between the magnetizing current value to the magnetizer and the strength of the magnetic field for each material thickness and component is determined in advance, and the relationship to the magnetizer required to generate Barkhausen noise is determined. It is also possible to know the strength of the magnetic field required for generating Barkhausen noise from the strength of the magnetizing current.
【００３５】正確な測定を行うためには、一定の振幅の
磁界が被測定材料１に印加されるように制御することが
好ましい。このためには、あらかじめ求めておいた、材
料の厚みおよび成分ごとの磁化器への磁化電流値と磁界
の強さとの校正曲線により、材料の厚みおよび成分に応
じて磁化器の磁化電流を制御するようにしてもよい。ま
た、表面近傍に設置した磁界検出器９により測定される
磁界の強さの変化が一定になるよう、磁化器の磁化電流
を制御するようにしてもよい。In order to perform accurate measurement, it is preferable to control so that a magnetic field having a constant amplitude is applied to the material 1 to be measured. To do this, the magnetizing current of the magnetizer is controlled in accordance with the material thickness and component by using a calibration curve of the magnetizing current value and the magnetic field strength for the magnetizer for each material thickness and component that have been determined in advance. You may make it. Further, the magnetizing current of the magnetizer may be controlled so that the change in the strength of the magnetic field measured by the magnetic field detector 9 installed near the surface is constant.
【００３６】この実施の形態では、バルクハウゼンノイ
ズの発生に要する磁化器への磁化電流の強さから、バル
クハウゼンノイズの発生に要する磁界の強さを知り、そ
れから硬度を演算するようにしているが、演算処理装置
８の動作として、バルクハウゼンノイズの振幅が最大と
なるときの磁界の強さを検出し、これをバルクハウゼン
ノイズの発生に要する磁界の強さと判断するような動作
を採用すれば、より正確で再現性の良い測定が可能とな
る。In this embodiment, the strength of the magnetic field required for generating Barkhausen noise is known from the strength of the magnetizing current to the magnetizer required for generating Barkhausen noise, and the hardness is calculated based on the magnetic field strength. However, as the operation of the arithmetic processing unit 8, an operation of detecting the magnetic field strength when the amplitude of the Barkhausen noise is maximized and judging this as the magnetic field strength required for generating Barkhausen noise is adopted. If this is the case, more accurate and reproducible measurement can be performed.
【００３７】また、演算処理装置８の動作を、増加過程
にある磁界を印加したときにバルクハウゼンノイズの振
幅が最大となる印加磁界と、減少過程にある磁界を印加
したときにバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる印
加磁界とをそれぞれ求めて、それらの絶対値の和を求
め、これらの絶対値の和を、あらかじめ求められた絶対
値の和と硬度との関係を示す式にあてはめて硬度を算出
する動作とすることにより、被測定材料の残留磁気の影
響を受けずに硬度を算出することができるようになる。The operation of the arithmetic processing unit 8 is divided into an applied magnetic field in which the amplitude of Barkhausen noise is maximized when a magnetic field in the increasing process is applied, and a Barkhausen noise when the magnetic field in the decreasing process is applied. The applied magnetic field having the maximum amplitude is obtained, the sum of their absolute values is obtained, and the sum of these absolute values is applied to an equation showing the relationship between the previously obtained sum of the absolute values and the hardness. Is calculated, the hardness can be calculated without being affected by the residual magnetism of the material to be measured.
【００３８】[0038]
【実施例】図５は、ブリネル硬さ350〜550HBの鋼材試料
について、バルクハウゼンノイズの発生に要する磁界の
強さとブリネル硬さとの関係を示す図である。ここで、
バルクハウゼンノイズの発生に要する磁界の強さは、バ
ルクハウゼンノイズが最大値を示す磁界の強さとして求
めた（請求項２に対応）。図５を基に、ブリネル硬度と
バルクハウゼンノイズ発生磁界との関係を、次式のごと
き２次関数で近似した。この近似曲線からの測定量のバ
ラツキを算出し、標準偏差σを求めた結果、バルクハウ
ゼンノイズ発生に要する磁界とブリネル硬さとの間には
良好な相関関係があり、σ＝３ＨＢで硬度評価が良好に
行なえることがわかった。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise and the Brinell hardness for steel samples having a Brinell hardness of 350 to 550 HB. here,
The strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise was determined as the strength of the magnetic field at which Barkhausen noise has a maximum value (corresponding to claim 2). Based on FIG. 5, the relationship between the Brinell hardness and the magnetic field generating Barkhausen noise was approximated by a quadratic function such as the following equation. As a result of calculating the variation of the measured quantity from this approximate curve and calculating the standard deviation σ, there is a good correlation between the magnetic field required for Barkhausen noise generation and Brinell hardness. It turned out that it can be performed well.
【００３９】HB=2.5724×(BHN/100)2-68.207×(BHN/10
0)+774.03 ここで、HBはブリネル硬度、BHNはバルクハウゼンノイ
ズの発生に要する磁界（Ａ/ｍ）である。HB = 2.5724 × (BHN / 100) 2 -68.207 × (BHN / 10
0) +774.03 Here, HB is Brinell hardness, and BHN is a magnetic field (A / m) required to generate Barkhausen noise.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生産ラインにおいて、オンラインで強磁性材料の硬度の
測定を、精度良く非破壊で行うことができる。As described above, according to the present invention,
In a production line, the hardness of a ferromagnetic material can be measured online accurately and nondestructively.
【図１】本発明の実施の形態の１例である硬度計測方法
を実施するための測定装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measuring device for performing a hardness measuring method as an example of an embodiment of the present invention.
【図２】強磁性体におけるバルクハウゼンノイズの発生
機構を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a mechanism of generating Barkhausen noise in a ferromagnetic material.
【図３】バルクハウゼンノイズの波形の例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a waveform of Barkhausen noise.
【図４】バルクハウゼンノイズの発生におけるバイアス
磁場の影響を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the influence of a bias magnetic field on the occurrence of Barkhausen noise.
【図５】本発明の方法により測定したバルクハウゼンノ
イズが発生する磁界と、ブリネル硬さとの関係を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnetic field at which Barkhausen noise occurs and Brinell hardness measured by the method of the present invention.
【図６】渦電流を使用した従来の硬さ測定装置の概要を
示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a conventional hardness measuring device using an eddy current.
１…被測定材料 ２…磁化器 ３…磁気検出器 ４…三角波発生器 ５…電力増幅器 ６…信号増幅器 ７…フィルター ８…演算処理装置 ９…磁界検出器 １０…磁界信号増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Material to be measured 2 ... Magnetizer 3 ... Magnetic detector 4 ... Triangular wave generator 5 ... Power amplifier 6 ... Signal amplifier 7 ... Filter 8 ... Arithmetic processing unit 9 ... Magnetic field detector 10 ... Magnetic field signal amplifier
Claims (3)
向にある磁界を印加し、これによる磁化の変化によって
生じるバルクハウゼンノイズを測定することにより材料
の硬度を非破壊計測する方法であって、バルクハウゼン
ノイズの発生に要する磁界の強さを求め、あらかじめ求
めておいたバルクハウゼンノイズの発生に要する磁界の
強さと強磁性体材料の硬度との関係に基づいて、材料の
硬度を計測することを特徴とする非破壊硬度計測方法。1. A method for non-destructively measuring the hardness of a ferromagnetic material to be measured by applying a magnetic field having an increasing or decreasing tendency to a ferromagnetic material to be measured and measuring Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the applied magnetic field. The strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise is determined, and the hardness of the material is measured based on the relationship between the strength of the magnetic field required to generate Barkhausen noise and the hardness of the ferromagnetic material determined in advance. A non-destructive hardness measurement method characterized by the above-mentioned.
向にある磁界を印加し、これによる磁化の変化によって
生じるバルクハウゼンノイズを測定することにより材料
の硬度を非破壊計測する方法であって、バルクハウゼン
ノイズの振幅が最大となるときの磁界の強さを測定し、
あらかじめ求めておいたバルクハウゼンノイズの振幅が
最大となるときの磁界の強さと強磁性体材料の硬度との
関係に基づいて、材料の硬度を計測することを特徴とす
る非破壊硬度計測方法。2. A method for non-destructively measuring the hardness of a ferromagnetic material to be measured by applying an increasing or decreasing magnetic field to the ferromagnetic material to be measured and measuring Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the applied magnetic field. , Measure the strength of the magnetic field when the amplitude of Barkhausen noise is maximum,
A non-destructive hardness measurement method characterized by measuring the hardness of a ferromagnetic material based on the relationship between the strength of a magnetic field when the amplitude of Barkhausen noise obtained beforehand is maximized and the hardness of a ferromagnetic material.
向にある磁界を印加し、これによる磁化の変化によって
生じるバルクハウゼンノイズを測定することにより材料
の硬度を非破壊計測する方法であって、増加過程にある
磁界を印加したときにバルクハウゼンノイズの振幅が最
大となる印加磁界と、減少過程にある磁界を印加したと
きにバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる印加磁界
とをそれぞれ求めて、それらの絶対値の和を求め、あら
かじめ求めておいたこれらの絶対値の和と磁性体材料の
硬度との関係に基づいて、材料の硬度を計測することを
特徴とする非破壊硬度計測方法。3. A method for non-destructively measuring the hardness of a ferromagnetic material to be measured by applying a magnetic field having an increasing or decreasing tendency to a ferromagnetic material to be measured and measuring Barkhausen noise caused by a change in magnetization due to the magnetic field. The applied magnetic field at which the amplitude of Barkhausen noise is maximized when a magnetic field in the increasing process is applied, and the applied magnetic field at which the amplitude of Barkhausen noise is maximized when the magnetic field in the decreasing process is applied are obtained. A non-destructive hardness measurement method comprising: calculating the sum of the absolute values thereof; and measuring the hardness of the material based on a relationship between the sum of the absolute values obtained in advance and the hardness of the magnetic material. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31365999A JP2001133441A (en) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | Non-destructive hardness measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31365999A JP2001133441A (en) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | Non-destructive hardness measurement method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133441A true JP2001133441A (en) | 2001-05-18 |
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ID=18043977
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2001133441A (en) |
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-
1999
- 1999-11-04 JP JP31365999A patent/JP2001133441A/en active Pending
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