JP7338132B2 - Apparatus for evaluating surface stress and/or hardness of magnetic material - Google Patents
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Description
本発明は、磁性体の表面応力及び/または硬度を評価する装置、並びに当該評価装置で採用される、磁性体の表面応力、硬度及び最大主応力軸の評価方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for evaluating the surface stress and/or hardness of a magnetic material, and a method for evaluating the surface stress, hardness, and maximum principal stress axis of a magnetic material employed in the evaluation apparatus.
橋梁、発電プラント等のインフラ設備を構成する構造部材には、製造工程で発生する残留応力や使用環境変化による応力変化が発生している。応力は金属疲労等の劣化の原因となる。特に、構造部材の表面で発生する表面応力は、腐食疲労や応力腐食割れの原因になることから、インフラ設備の劣化診断を目的として、表面応力を精度よく評価する装置および評価方法が求められていた。 Structural members that make up infrastructure such as bridges and power plants are subject to stress changes due to residual stress generated in the manufacturing process and changes in the environment in which they are used. Stress causes deterioration such as metal fatigue. In particular, since surface stress generated on the surface of structural members causes corrosion fatigue and stress corrosion cracking, there is a demand for equipment and methods for accurately evaluating surface stress for the purpose of diagnosing deterioration of infrastructure equipment. Ta.
このような部材には、磁性体である鋼材が用いられていることが多いため、鋼材の磁化過程で発生するバルクハウゼンノイズから表面応力を評価する装置および手法が提案されている(例えば特許文献1~3を参照)。 Since steel, which is a magnetic material, is often used for such members, devices and methods for evaluating surface stress from Barkhausen noise generated during the magnetization process of steel have been proposed (e.g., Patent Document 1-3).
特許文献1、2には、予め圧縮残留応力を付与した鋼管表面において、バルクハウゼンノイズを検出し、予め求めておいた外部応力とバルクハウゼンノイズの実効値電圧との関係を表す検量線を用いて、鋼管に負荷された外部応力を診断する応力評価方法が開示されている。また、特許文献3には、磁性体表面から生じるバルクハウゼンノイズの所与の周波数での最大値の逆数と応力の検量線を作成し、所与の周波数でのバルクハウゼンノイズを測定して表面応力を評価する応力評価装置および方法が開示されている。
In
また、構造部材の表面で発生する硬度についても、同様に腐食疲労や応力腐食割れの原因になることから、硬度を精度よく評価する装置および評価方法が求められていた。 In addition, since the hardness generated on the surface of structural members also causes corrosion fatigue and stress corrosion cracking, there has been a demand for an apparatus and evaluation method for accurately evaluating hardness.
硬度についても、前述のバルクハウゼンノイズに基づいて評価する装置および手法が提案されている。例えば、特許文献4には、磁性体表面から生じるバルクハウゼンノイズの発生に要する磁界の強さから磁性体の硬度を推定する方法が開示されている。また、特許文献5には、磁性体表面から生じるバルクハウゼンノイズの少なくとも1つのパラメータから磁性体の硬度を推定する方法が開示されている。
A device and method for evaluating hardness based on the aforementioned Barkhausen noise have also been proposed. For example,
バルクハウゼンノイズは、表面応力、硬度と関係する材料組織、析出物、欠陥等の多くの要因により影響を受けることが知られている(例えば、非特許文献1を参照)。 Barkhausen noise is known to be affected by many factors such as surface stress, material structure related to hardness, precipitates, and defects (see, for example, Non-Patent Document 1).
また、磁性体が磁気異方性を有する場合、バルクハウゼンノイズは磁界印加方向依存性を有することが知られている。特に、磁性体が一軸の磁気異方性を有する場合、磁性体の磁化容易軸と磁界印加方向の間の角度をφとすれば、バルクハウゼンノイズはαcos2φ+βで表される磁界印加方向依存性を有することが知られている(例えば、非特許文献2を参照)。 It is also known that when a magnetic material has magnetic anisotropy, Barkhausen noise depends on the direction of applied magnetic field. In particular, when the magnetic material has uniaxial magnetic anisotropy, the Barkhausen noise depends on the magnetic field application direction expressed by (see, for example, Non-Patent Document 2).
バルクハウゼンノイズに基づき、表面応力および硬度のそれぞれについて、評価の精度をより向上させることが求められる。 Based on Barkhausen noise, it is required to further improve the accuracy of evaluation for each of surface stress and hardness.
本発明者は、鋭意検討の結果、バルクハウゼンノイズの磁界印加方向依存性に着目した。すなわち、磁界の印加方向を評価対象材の表面内で回転させてバルクハウゼンノイズを検出することにより、バルクハウゼンノイズに基づく物理量を応力に依存する項と硬度に依存する項とに分離して評価することに想到し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the inventors have focused on the dependence of Barkhausen noise on the magnetic field application direction. In other words, by rotating the application direction of the magnetic field within the surface of the material to be evaluated and detecting the Barkhausen noise, the physical quantity based on the Barkhausen noise is evaluated by separating the stress-dependent term and the hardness-dependent term. I came up with the idea of doing so, and completed the present invention.
すなわち、本発明は、一実施形態によれば、磁性体の表面応力及び/または硬度の評価装置であって、評価対象材の表面を磁化する磁界を発生する励磁装置であって、前記磁界の印加方向を前記評価対象材の表面内で回転可能に構成された励磁装置と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する検出センサと、前記磁界の強度および印加方向を制御する制御装置と、前記検出センサで検出されるバルクハウゼンノイズを記録し、前記磁界の強度および印加方向と検出されたバルクハウゼンノイズから前記評価対象材の表面応力及び/または硬度を算出する計算装置とを含む。 That is, according to one embodiment, the present invention is an evaluation apparatus for surface stress and/or hardness of a magnetic material, which is an excitation apparatus for generating a magnetic field that magnetizes the surface of an evaluation target material, wherein the magnetic field is An excitation device whose application direction can be rotated within the surface of the evaluation target material, a detection sensor that detects Barkhausen noise generated by the evaluation target material, and a control device that controls the strength and application direction of the magnetic field. and a calculating device that records the Barkhausen noise detected by the detection sensor and calculates the surface stress and/or hardness of the evaluation target material from the strength and application direction of the magnetic field and the detected Barkhausen noise. .
前記評価装置において、前記励磁装置が、励磁コイルが巻かれたヨークと、前記評価対象材表面の面直方向を回転軸として前記ヨークを回転させる磁界回転機構を備えることが好ましい。 In the evaluation device, the excitation device preferably includes a yoke around which an excitation coil is wound, and a magnetic field rotation mechanism that rotates the yoke about a rotation axis perpendicular to the surface of the material to be evaluated.
前記評価装置において、前記励磁装置が、励磁コイルが巻かれた2つのヨークであって、互いに磁界印加方向が異なる2つのヨークを含み、前記2つのヨークが発生する磁界強度を制御することにより得られる合成磁界の印加方向及び強度が制御可能に構成されていることが好ましい。 In the evaluation device, the excitation device includes two yokes around which excitation coils are wound, the two yokes having different magnetic field application directions, and controlling the magnetic field intensity generated by the two yokes. It is preferable that the application direction and intensity of the obtained synthetic magnetic field are configured to be controllable.
前記評価装置において、前記検出センサが、前記評価対象材表面の面直方向に中心軸を持つコイルを含むことが好ましい。 In the evaluation apparatus, it is preferable that the detection sensor includes a coil having a central axis in a direction perpendicular to the surface of the material to be evaluated.
前記評価装置において、前記検出センサが、前記評価対象材表面の面直方向を測定方向とするホール素子を含むことが好ましい。 In the evaluation apparatus, it is preferable that the detection sensor includes a Hall element whose measurement direction is a direction perpendicular to the surface of the material to be evaluated.
前記評価装置において、前記検出センサが、前記評価対象材表面の面直方向を測定方向とする磁気抵抗素子を含むことが好ましい。 In the evaluation apparatus, it is preferable that the detection sensor includes a magnetoresistive element whose measurement direction is a direction perpendicular to the surface of the material to be evaluated.
前記評価装置において、前記計算装置が、当該計算装置に格納された、前記磁界の強度および印加方向と検出されたバルクハウゼンノイズから得られる応力依存定数と表面応力の換算式に基づいて、記録装置に記録されたバルクハウゼンノイズから表面応力を計算し出力するプログラムを実行する、及び/または、当該計算装置に格納された、前記磁界の強度および印加方向と検出されたバルクハウゼンノイズから得られる硬度依存定数と硬度の換算式に基づいて、記録装置に記録されたバルクハウゼンノイズから硬度を計算し出力するプログラムを実行することが好ましい。 In the evaluation device, the calculation device calculates the recording device based on the stress dependent constant obtained from the intensity and application direction of the magnetic field and the detected Barkhausen noise and the surface stress conversion formula stored in the calculation device and/or the hardness obtained from the intensity and direction of application of the magnetic field and the detected Barkhausen noise stored in the computing device It is preferable to execute a program for calculating and outputting the hardness from the Barkhausen noise recorded in the recording device, based on the dependence constant and the hardness conversion formula.
本発明は、別の実施形態によれば、磁性体の表面応力評価方法であって、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の表面応力を算出する工程と
を含む。
According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for evaluating the surface stress of a magnetic material, comprising the steps of: applying an alternating magnetic field to a material to be evaluated in a predetermined direction; and rotating the application direction of the alternating magnetic field within the surface of the evaluation target material, so that Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field strength, and the magnetic field application direction and calculating the surface stress of the material to be evaluated.
前記表面応力評価方法において、前記評価対象材を磁化する交番磁界、もしくは交番磁界を発生させるための交番電流に対するバルクハウゼンノイズ強度を、交番磁界もしくは交番電流に対して積分して得られるバルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程をさらに含み、前記算出する工程が、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対する、バルクハウゼンノイズ積分強度の変化量を算出する工程と、前記変化量に基づいて、表面応力を評価する工程とを含むことが好ましい。 In the surface stress evaluation method, the Barkhausen noise obtained by integrating the Barkhausen noise intensity for the alternating magnetic field that magnetizes the evaluation target material or the alternating current for generating the alternating magnetic field with respect to the alternating magnetic field or alternating current. The step of determining the magnetic field application direction that maximizes the integrated intensity, wherein the step of calculating is the cosine of the angle of the magnetic field application direction with respect to the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity. It is preferable to include the steps of: calculating a change in Barkhausen noise integrated intensity with respect to the square; and evaluating the surface stress based on the change.
本発明は、別の実施形態によれば、磁性体の硬度評価方法であって、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の硬度を算出する工程とを含む。 According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for evaluating the hardness of a magnetic material, comprising a step of applying an alternating magnetic field to a material to be evaluated in a predetermined direction of application; Based on the Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field strength, and the magnetic field application direction, by rotating the application direction of the alternating magnetic field within the evaluation target material surface, and calculating the hardness of the material to be evaluated.
前記硬度評価方法において、前記評価対象材を磁化する交番磁界、もしくは交番磁界を発生させるための交番電流に対するバルクハウゼンノイズ強度を、交番磁界もしくは交番電流に対して積分して得られるバルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程をさらに含み、前記算出する工程が、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対して、バルクハウゼンノイズ積分強度をプロットし、一次関数にてフィッティングした際の切片の値を算出する工程と、前記切片から硬度を評価する工程とを含むことが好ましい。 In the hardness evaluation method, the Barkhausen noise integral obtained by integrating the Barkhausen noise intensity with respect to the alternating magnetic field that magnetizes the evaluation target material or the alternating current for generating the alternating magnetic field with respect to the alternating magnetic field or alternating current Further comprising the step of determining the application direction of the magnetic field with the maximum strength, wherein the step of calculating is the square of the cosine of the angle of the magnetic field application direction with respect to the application direction of the magnetic field with the maximum Barkhausen noise integrated strength. , plotting the integrated intensity of Barkhausen noise, calculating the value of the intercept when fitted with a linear function, and evaluating the hardness from the intercept.
本発明は、また別の実施形態によれば、磁性体の最大主応力軸の評価方法であって、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、バルクハウゼンノイズ強度が最大となる磁界印加方向を決定する工程とを含む。 According to still another embodiment of the present invention, there is provided a method for evaluating the maximum principal stress axis of a magnetic material, comprising the steps of: applying an alternating magnetic field to a material to be evaluated in a predetermined direction; and determining the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise intensity by rotating the application direction of the alternating magnetic field within the evaluation target material surface.
本発明の装置並びに方法によれば、バルクハウゼンノイズによる磁性体の表面応力評価、硬度評価の精度を向上させることができる。また、バルクハウゼンノイズの測定に基づいて従来は得ることができなかった、磁性体の最大主応力軸の評価も可能となる。 According to the apparatus and method of the present invention, it is possible to improve the accuracy of surface stress evaluation and hardness evaluation of a magnetic material using Barkhausen noise. In addition, it becomes possible to evaluate the maximum principal stress axis of the magnetic material, which could not be obtained conventionally based on the Barkhausen noise measurement.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited by the embodiments described below.
[評価装置]
本発明は一実施形態によれば、磁性体の表面応力及び/または硬度評価装置に関する。図1は、本発明の一実施形態による磁性体の表面応力及び/または硬度評価装置の概念的な斜視図である。以下、本明細書において、磁性体の表面応力及び/または硬度評価装置を評価装置とは、磁性体の表面応力のみを評価する装置、硬度のみを評価する装置、それらの両方を評価する装置を包含するものとする。また、当該評価装置は、磁性体の最大主応力軸の評価装置ということもできる。
[Evaluation device]
The present invention, according to one embodiment, relates to a magnetic material surface stress and/or hardness evaluation apparatus. FIG. 1 is a conceptual perspective view of a magnetic body surface stress and/or hardness evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, in the present specification, the term "apparatus for evaluating the surface stress and/or hardness of a magnetic material" refers to a device that evaluates only the surface stress of a magnetic substance, a device that evaluates only hardness, and a device that evaluates both of them. shall be included. In addition, the evaluation device can also be said to be an evaluation device for the maximum principal stress axis of the magnetic material.
図1に示す評価装置は、励磁装置1と、電源2と、バルクハウゼンノイズ検出センサ4と、磁界制御装置5と、バルクハウゼンノイズ記録装置6と、計算装置7とを主として備えている。
The evaluation apparatus shown in FIG. 1 mainly includes an
励磁装置1は、評価対象材10の表面を磁化する磁界を発生する装置であって、磁界の印加方向を評価対象材10の表面内で回転可能に構成されている装置である。励磁装置1は、例えば、評価対象材10に近接し、磁界を導入するヨーク8と、ヨークに巻かれた励磁コイル9と、磁界回転機構3とを備えるものであってよい。ヨーク8はC型(コの字型)の磁性体からなるヨークであって、励磁コイル9に通電することにより、ヨーク8と評価対象材10とで閉じた磁気回路を形成し、評価対象材10の評価部位近傍において、評価対象材10の表面に実質的に平行な磁界を形成することができるものであればよい。励磁コイル9の巻き位置は、特には限定されないが、検出センサ4との相互インダクタンスの影響を受けない程度に、検出センサ4と離間した位置とすることが好ましい。磁界回転機構3は、励磁コイル9が巻かれたヨーク8を矢印Rの方向に回転させることが可能な機構である。磁界回転機構3の回転軸Zは、評価対象材10の表面の法線方向と平行とする。これにより、磁界の印加方向を、評価対象材10の表面に平行に保ったまま評価対象材10の表面内で磁界の印加方向を回転させることができる。すなわち、図1のXY表面内で磁界の印加方向を回転させることができる。
The
ここで、磁界の印加方向について、図2を参照して説明する。図2は、図1に示す磁界回転機構3の回転軸Zを法線とするXY平面を励磁装置1側から平面視した概念図であり、図中、励磁装置1を構成するヨーク8の配置を仮想線で示す。図2中、Hで示す矢印は、磁界の印加方向を示す。磁界の印加方向は、XY平面上に任意に設定することができる基準軸Aからの回転角度φで表すことができる。図2中、Sで示す矢印は評価対象材10の表面に印加された最大主応力軸を示す。磁界回転機構3の回転軸Zは、評価対象材10の面直方向と平行とすることにより、評価対象材10の最大主応力軸は、上記基準軸Aからの回転角度θsで表すことができる。なお、図1、2は、評価対象材10が、略平板状の場合を例示しているが、評価対象材10が鋼管などの曲面の場合は、評価対象材の評価部位の接平面がXY平面と一致するようにし、磁界回転機構3の回転軸Zを評価部位の法線と平行とすることにより、XY平面内における任意の基準軸からの回転角度φ並びに最大主応力軸θsを設定することができる。したがって、本発明における、評価対象材の表面内で回転可能に構成されている、とは、評価対象材の評価部位を含む平面であって、かつ、励磁装置が評価対象材の評価部位に形成する磁界方向と平行な平面内で回転可能に構成されていると言い換えることができる。また、評価対象材表面の面直方向とは、評価対象材の評価部位を含む平面であって、かつ、励磁装置が評価対象材の評価部位に形成する磁界方向と平行な平面の法線方向と言い換えることができる。
Here, the application direction of the magnetic field will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram of the XY plane normal to the rotation axis Z of the magnetic
励磁装置は、図1に示した態様には限定されず、評価対象材の表面に実質的に平行な磁界を形成することができ、磁界を評価対象材の表面に実質的に平行かつ一様に保ったままで、磁界の印加方向を回転させ、印加方向φを変更することができるものであればよい。励磁装置の別の例を、図3に示す。図3に示す励磁装置は、それぞれに励磁コイル9a、9bが巻かれた2つのヨーク8a、8bであって、互いに磁界印加方向が異なる2つのヨークを含む。図示する2つのヨーク8a、8bは、互いに直角方向に磁界印加方向を持つように配置されているが、2つのヨーク8a、8bの配置角度は、特定の角度には限定されない。これらの2つのヨークが発生する磁界強度を制御することにより、評価対象材10の表面に平行な合成磁界を発生させることができ、評価対象材10の表面内で、合成磁界の印加方向及び強度を制御することができる。利便性の観点からは、励磁コイル9a、9bが巻かれた2つのヨーク8a、8bは、同程度の磁界強度を発生させることが可能なC型ヨークであり、かつ、2つのC型ヨークの端部が同一表面上にあることが好ましいが、これらの態様には限定されない。その他にも、励磁装置は、1つのC型ヨークと、評価対象材の回転機構であって、評価対象材をその面直方向に平行な回転軸にて回転させる回転機構とから構成されるものであってもよい。
The excitation device is not limited to the embodiment shown in FIG. It is sufficient if the direction of application of the magnetic field can be changed by rotating the direction of application of the magnetic field while maintaining the .phi. Another example of an exciter is shown in FIG. The excitation device shown in FIG. 3 includes two
電源2は、励磁コイル9に交番電流を印加し、評価対象材10の表面に磁界を発生させることができるものであればよく、後述する好適な励磁周波数、及び波形にて交番電流を印加することができる安定化電源であってよい。
The
磁界制御装置5は、電源2の出力を制御することにより、交番電界の強度及び場合により方向を制御する。磁界制御装置5は、電源の制御アルゴリズムを組み込んだコンピュータであってよく、後述する記録装置6や計算装置7と一体として構成されていてもよい。
The
検出センサ4は、評価対象材10の表面から発生するバルクハウゼンノイズを検出可能なセンサであればよい。一例として、図1に示すように、中心軸が評価対象材10表面の面直方向Zに平行であるコイルを用いることができる。コイルは空芯コイルであってもよく、芯を備えるコイルであってもよい。検出センサ4では、測定対象物10の表面から発生する漏れ磁束Bの時間微分dB/dtで定義されるバルクハウゼンノイズを検出する。コイルからなる検出センサ4を用いることで、バルクハウゼンノイズをコイルに発生する電圧として検出することができる。センサの別の例として、前記評価対象材10表面の面直方向Zを測定方向とするホール素子や、前記評価対象材10表面の面直方向Zを測定方向とする磁気抵抗素子を用いることもできる。これらの素子を用いた場合にも同様に、バルクハウゼンノイズを素子に発生する電圧として検出することができる。
The
バルクハウゼンノイズ記録装置6は、検出センサ4で検出したバルクハウゼンノイズを記録する。記録装置6は所定のアルゴリズムを組み込んだコンピュータであってよく、計算装置7と一体として構成されていてもよい。
The Barkhausen
計算装置7は、磁界制御装置5が与えた磁界の強度および印加方向、および、記録装置6に記録されたバルクハウゼンノイズから表面応力及び/または硬度を計算し出力する。計算装置7は所定のアルゴリズムが組み込まれ、磁界の強度および印加方向、バルクハウゼンノイズから表面応力及び/または硬度を計算し出力するプログラムを実行するコンピュータであってよい。また、計算装置7は、所定の評価対象材において予め測定しておいた、表面応力と後述の傾きαとの関係、硬度と後述の切片βとの関係を格納していてもよい。なお、計算装置7が記録装置6と一体として構成される場合、計算装置7はバルクハウゼンノイズを記録し、磁界の強度および印加方向、および、記録装置6に記録されたバルクハウゼンノイズから表面応力及び/または硬度を計算し出力する装置として機能する。
The
このような評価装置を用いた、評価対象材の表面応力及び/または硬度の評価方法について説明する。評価対象材10は、磁化によりバルクハウゼンノイズを発生しうる磁性体であればよい。評価対象材10の形状は特に限定されるものではなく、図示する略平板状の対象の他、鋼管などの曲面状の対象であってもよい。本発明の方法においては、非破壊で評価対象材10の表面応力、硬度を測定することができるため、劣化診断の対象となるインフラ設備、例えば、タービン翼などを評価対象材10とすることができるが、評価対象材10は特定の製品には限定されない。
A method for evaluating surface stress and/or hardness of a material to be evaluated using such an evaluation apparatus will be described. The
評価対象材10は図1に示すように、C型(コの字型)ヨーク8の2つの端部に近接するように設置する。ヨーク8は評価対象材10に接触させてもよいし、ある程度、離れていてもよく、ヨーク8と評価対象材10とが閉じた磁気回路を形成することができればよい。ヨーク8と評価対象材10とを接触させない場合は、印加磁界強度ならびにバルクハウゼンノイズ検出感度が変動しないように、ギャップは一定にするのが望ましい。
As shown in FIG. 1, the
検出センサ4は評価対象材10の評価対象箇所の表面近傍に設置することができる。一例として、図1に示すように、測定対象物10のヨーク8と同じ側にある表面であって、ヨーク8の一端部と他端部との中央付近に設置することができる。あるいは、測定対象物10が比較的薄い板状試料の場合には、測定対象物10のヨーク8と反対側の表面であって、ヨークの一端部と他端部との中央付近に検出センサ4を配置することもできる。また、検出センサ4は評価対象材10と接触させてもよく、評価対象材10からある程度離れて設置してもよいが、検出センサ4と評価対象材10とを接触させない場合は、ギャップは一定にするのが望ましい。
The
[表面応力評価方法]
本発明は別の実施形態によれば、磁性体の表面応力評価方法に関する。表面応力評価方法は、先に説明した評価装置を用いて実施することができる。本実施形態による表面応力評価方法は、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の表面応力を算出する工程とを含む。
[Surface stress evaluation method]
According to another embodiment, the present invention relates to a method for evaluating surface stress of a magnetic material. The surface stress evaluation method can be implemented using the evaluation device described above. The surface stress evaluation method according to the present embodiment includes the steps of applying an alternating magnetic field to an evaluation target material in a predetermined application direction, detecting Barkhausen noise generated by the evaluation target material, and changing the application direction of the alternating magnetic field to calculating the surface stress of the evaluation target material based on the Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field intensity, and the magnetic field application direction by rotating the evaluation target material within the surface; including.
評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程は、交番磁界の印加方向φを固定して、交番電流を励磁コイル9に印加することにより実施することができる。さらに具体的には、磁界制御装置5により制御された電源2により、例えば図4に示す三角波のように変化する交番電流iを励磁コイル9に印加することにより実施することができるが、特定の波形には限定されず、例えば正弦波やのこぎり波であってもよい。励磁周波数は、バルクハウゼンノイズの周波数帯域である数kHz~数10kHzより小さくすることが好ましく、例えば1kHz以下であることが好ましいが、特定の周波数には限定されない。交番磁界の印加は、交番電流iの極大値imaxから極小値iminまで、あるいは極小値iminから極大値imaxまで行えばよく、すなわち、図4で示す交番電流波形の1/2周期にわたって印加すればよい。しかし、1/2周期以上に渡って印加を繰り返してもよい。
The step of applying an alternating magnetic field to the material to be evaluated in a predetermined direction can be performed by fixing the direction of application φ of the alternating magnetic field and applying an alternating current to the
評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程においては、検出センサ4でバルクハウゼンノイズを検出する。検出センサ4がコイルの場合、交番磁界の印加工程において、評価対象材表面から発生する漏れ磁束Bの時間変化により、空芯コイル16に誘導電流が発生するので、バルクハウゼンノイズをコイルに発生する電圧として検出することができる。検出した電圧は、必要に応じて差動増幅器で増幅した後、バンドパスフィルタを通して低周波成分および高周波成分を除去し、バルクハウゼンノイズ記録装置6に取り込むことができる。
In the step of detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated, the
所定の交番磁界の印加方向φにおいて、交番磁界を印加する工程及び評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程を実施した後、印加方向φを変えて、同様の測定を行う。φの変更(回転)は図1に示す実施形態においては、磁界回転機構3及びこれを制御する制御装置5によって実施することができる。あるいは、図2に示す実施形態においては、2つのヨーク8a、8bおよび励磁コイル9a、9bから発生する磁界強度を制御装置によって制御することで、2つのヨークから発生する磁界の合成磁界の方向を制御することができる。磁界印加方向φは、φ=0~90°の範囲で3点以上測定することが好ましいが、特定の態様には限定されない。交番磁界を印加する工程及び評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程は、印加周波数の大きさや印加時間にもよるが、数秒で実施することができる。φ=0~90°の範囲で連続的にφを変化させてバルクハウゼンノイズを検出することもできるし、離散的な検出であってもよく、本発明は特定のφの変化態様には限定されない。
After performing the step of applying an alternating magnetic field and the step of detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated in a predetermined application direction φ of the alternating magnetic field, similar measurements are performed while changing the application direction φ. In the embodiment shown in FIG. 1, the change (rotation) of φ can be performed by the magnetic
次いで、印加した交番磁界の強度、交番磁界の印加方向、及び検出されたバルクハウゼンノイズに基づいて、前記評価対象材の表面応力を算出する工程を実施する。より具体的にはこの工程は、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程と、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対する、バルクハウゼンノイズ積分強度の変化量を算出する工程と、前記変化量に基づいて、表面応力を評価する工程とを含む。 Next, a step of calculating the surface stress of the material to be evaluated is performed based on the intensity of the applied alternating magnetic field, the direction in which the alternating magnetic field is applied, and the detected Barkhausen noise. More specifically, this step includes a step of determining the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity, and determining the magnetic field application direction based on the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity. The method includes calculating a variation in Barkhausen noise integrated intensity with respect to the square of the cosine of the angle, and evaluating surface stress based on the variation.
本発明において、バルクハウゼンノイズ強度は、検出センサ4により検出した電圧の二乗平均平方根で定義され、VRMSとも表す。また、バルクハウゼンノイズ積分強度は、交番電流iに対するバルクハウゼンノイズ強度VRMSをプロットし(以下、バルクハウゼンノイズプロファイルと指称する)、得られたバルクハウゼンノイズプロファイルの面積で定義され、IMBNとも表す。図5にバルクハウゼンノイズプロファイル及びその面積で定義されるIMBNを模式的に示す。図5中、斜線で示す面積が、バルクハウゼンノイズ積分強度に相当する。
In the present invention, the Barkhausen noise intensity is defined as the root mean square of the voltage detected by the
上記面積で定義されるバルクハウゼンノイズ積分強度は、印加する交番電流をi、交番電流の極大値をimax、極小値をiminとしたとき、以下の式(1)で表すこともできる。
本発明者は、バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNと、磁界印加角度φについて、以下の式で表される関係を見出した。
また、本発明者は、φを変えて評価対象材に磁界を印加した場合に、バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNが最大値をとる場合の磁界の印加方向が、評価対象材の最大主応力軸θsと一致することを見出した。したがって、例えば、先の図2において、バルクハウゼンノイズ強度が最大値をとる角度φにおける磁界方向を基準軸Aとし、θs=0と定義し直せば、バルクハウゼンノイズ積分強度は、
次いで、予め求めておいた傾きαと表面応力との換算式に基づいて、検出したバルクハウゼンノイズに基づいて求められた傾きαから、評価対象材の表面応力の値を得ることができる。傾きαと表面応力値との関係を表す換算式(換算曲線)は、例えば、X線やその他の方法により測定した表面応力値と、傾きαとの関係を、組成及び/または製造方法が異なる所望の評価対象材について求めておき、計算装置7に格納しておくことができる。
Next, the value of the surface stress of the material to be evaluated can be obtained from the slope α obtained based on the detected Barkhausen noise based on the conversion formula between the slope α and the surface stress obtained in advance. The conversion formula (conversion curve) representing the relationship between the slope α and the surface stress value is, for example, the relationship between the surface stress value measured by X-ray or other method and the slope α, depending on the composition and / or the manufacturing method. A desired material to be evaluated can be obtained and stored in the
本実施形態の方法によれば、短い測定時間でかつ非侵襲的に磁性体からなる評価対象材の表面応力を測定することができる。従来技術である、バルクハウゼンノイズ積分強度から磁界印加方向の角度依存性を考慮せずに表面応力を評価する方法では、応力のみに依存する項(α項)と他要因による項(β項)を分離できていなかった。本実施形態の方法では、表面応力のみに依存するαを決定し、αの大きさから表面応力を評価すことができ、α項とβ項を分離できるため、他要因による影響を受けることなく、表面応力を精度よく評価できる。 According to the method of the present embodiment, it is possible to measure the surface stress of an evaluation target material made of a magnetic material in a short measurement time and non-invasively. In the conventional method of evaluating the surface stress from the integrated Barkhausen noise intensity without considering the angular dependence of the magnetic field application direction, the term dependent only on stress (α term) and the term due to other factors (β term) could not be separated. In the method of the present embodiment, it is possible to determine α that depends only on surface stress, evaluate the surface stress from the magnitude of α, and separate the α term and β term, so that it is not affected by other factors. , the surface stress can be evaluated with high accuracy.
[硬度評価]
本発明は別の実施形態によれば、磁性体の硬度評価方法に関する。硬度評価方法は、先に説明した評価装置を用いて実施することができる。本実施形態による硬度評価方法は、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の硬度を算出する工程とを含む。
[Hardness evaluation]
According to another embodiment, the present invention relates to a method for evaluating hardness of a magnetic material. The hardness evaluation method can be carried out using the evaluation device described above. The hardness evaluation method according to the present embodiment comprises the steps of: applying an alternating magnetic field to a material to be evaluated in a predetermined direction; detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated; and calculating the hardness of the evaluation target material based on the Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field intensity, and the magnetic field application direction by rotating within the evaluation target material surface. .
硬度の評価方法においても、交番磁界を所定の印加方向で印加する工程、バルクハウゼンノイズを検出する工程、並びに印加方向を前記磁性体表面内で回転させることは、応力評価方法と同様に実施することができる。硬度の評価方向においては、硬度を算出する工程が、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程と、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対して、バルクハウゼンノイズ積分強度をプロットし、一次関数にてフィッティングした際の切片の値を算出する工程と、前記切片から硬度を評価する工程を含む。 In the hardness evaluation method, the step of applying an alternating magnetic field in a predetermined direction, the step of detecting Barkhausen noise, and rotating the direction of application within the surface of the magnetic material are performed in the same manner as in the stress evaluation method. be able to. In the hardness evaluation direction, the step of calculating the hardness includes the step of determining the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity, and the magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity. Plotting the integrated Barkhausen noise intensity against the square of the cosine of the angle of the magnetic field application direction, calculating the intercept value when fitting with a linear function, and evaluating the hardness from the intercept .
すなわち、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定し、式(4)においてθsが0となる方向を基準として、式(5)に基づいて、切片の値βを算出する。 That is, the application direction of the magnetic field that maximizes the integrated Barkhausen noise intensity is determined, and the intercept value β is calculated based on the equation (5) with reference to the direction in which θs is 0 in the equation (4).
次いで、予め求めておいた切片βと硬度との換算式に基づいて、検出したバルクハウゼンノイズに基づいて求められた切片βから、評価対象材の硬度の値を得ることができる。切片βと硬度との関係を表す換算式は、例えば、圧子を使った押し込み試験やその他の方法により測定した硬度値と傾きαとの関係を、組成及び/または製造方法が異なる所望の評価対象材について求めておき、計算装置7に格納しておくことができる。
Next, the hardness value of the material to be evaluated can be obtained from the intercept β obtained based on the detected Barkhausen noise based on the conversion formula between the intercept β and the hardness obtained in advance. The conversion formula representing the relationship between the intercept β and the hardness is, for example, the relationship between the hardness value and the slope α measured by an indentation test using an indenter or other method, for desired evaluation objects with different compositions and / or manufacturing methods The material can be obtained and stored in the
本実施形態の評価方法によれば、短い測定時間でかつ非侵襲的に磁性体からなる評価対象材の硬度を測定することができる。従来技術である、バルクハウゼンノイズ積分強度から磁界印加方向の角度依存性を考慮せずに硬度を評価する方法では、硬度のみに依存する項(β項)と、その他の要因に依存する項(α項)とを分離できていなかった。本実施形態の方法では、硬度のみに依存するβを決定し、βの大きさから硬度を評価すことができ、α項とβ項を分離できるため、他要因による影響を受けることなく、硬度を精度よく評価できる。 According to the evaluation method of the present embodiment, it is possible to measure the hardness of an evaluation target material made of a magnetic material in a short measurement time and non-invasively. In the conventional method of evaluating hardness from the integrated Barkhausen noise intensity without considering the angular dependence of the magnetic field application direction, a term that depends only on hardness (β term) and a term that depends on other factors ( α term) could not be separated. In the method of the present embodiment, β, which depends only on hardness, can be determined, the hardness can be evaluated from the magnitude of β, and the α term and β term can be separated. can be evaluated with high accuracy.
[最大主応力軸評価]
本発明は別の実施形態によれば、最大主応力軸評価方法に関する。本実施形態による最大主応力軸評価方法は、評価対象材に交番磁界を所定の印加方向で印加する工程と、前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、前記交番磁界の印加方向を前記磁性体表面内で回転させることにより、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる印加方向を特定する工程とを含む。
[Maximum principal stress axis evaluation]
The present invention, according to another embodiment, relates to a maximum principal stress axis evaluation method. The maximum principal stress axis evaluation method according to the present embodiment includes the steps of applying an alternating magnetic field to a material to be evaluated in a predetermined application direction, detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated, and applying the alternating magnetic field. and identifying an application direction that maximizes the integrated Barkhausen noise intensity by rotating the direction within the magnetic surface.
本実施形態においても、交番磁界を印加する工程、バルクハウゼンノイズを検出する工程、並びに交番磁界を回転させることは、先の評価装置を用い、先の表面応力評価方法、硬度評価方法において説明した条件に従って実施することができる。また、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる印加方向、すなわち角度φの特定についても先の実施形態と同様とすることが出来る。 Also in the present embodiment, the step of applying an alternating magnetic field, the step of detecting Barkhausen noise, and rotating the alternating magnetic field are explained in the surface stress evaluation method and the hardness evaluation method using the evaluation apparatus described above. It can be carried out according to the conditions. Further, the application direction in which the integrated Barkhausen noise intensity is maximum, that is, the specification of the angle φ can be the same as in the previous embodiment.
一般に、表面応力評価では、最大主応力軸は明らかではない。その場合であっても、本実施形態に係る方法によれば、バルクハウゼンノイズ積分強度の印加磁界方向依存性を測定し、バルクハウゼンノイズ積分強度の最大値をとる角度の方向を、最大主応力軸と特定することができる。好ましくは、バルクハウゼンノイズ積分強度を余弦関数の二乗でフィッティングする。これにより、バルクハウゼンノイズ積分強度のばらつきがあっても、零点を決定することができ、最大主応力軸を評価することができる。 In general, the surface stress evaluation does not reveal the maximum principal stress axis. Even in that case, according to the method of the present embodiment, the dependence of the integrated Barkhausen noise intensity on the direction of the applied magnetic field is measured, and the direction of the angle that maximizes the integrated Barkhausen noise intensity is the maximum principal stress. It can be specified as an axis. Preferably, the Barkhausen noise integrated intensity is fitted with a squared cosine function. This allows the zero point to be determined and the maximum principal stress axis to be evaluated even with variations in the integrated Barkhausen noise intensity.
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples of the present invention. However, the invention is not limited to the scope of the following examples.
[1.応力評価]
(実施例1)
図6に示す評価装置を製造し、これを用いて評価対象材の表面応力評価を実施した。評価対象材10としては、強磁性体であるマルテンサイト系ステンレス鋼を板状に加工し、曲げ試験機を用いて引張応力を印加したものを用いた。図6に示す評価装置において、励磁装置1は、NiZnフェライトからなるC型ヨーク11と、ヨーク11に巻かれた励磁コイル12とから構成した。励磁コイル12はエナメル線を200周巻いて作成した。励磁装置1に交番電流を供給する電源13は交流安定化電源を用い、電流出力をコンピュータ14にて制御して変化させた。交番磁界の印加方向は、ヨーク11を回転ステージ15に連結し、回転ステージ15をコンピュータ14にて制御しながら回転させることで変化させた。バルクハウゼンノイズを検出する検出センサとして、エナメル線を100周巻いた空芯コイル16を用いた。本実施例においては、ヨーク11の両端部のそれぞれと評価対象材10と近接させ、ギャップを0.1mmで固定した。空芯コイル16は、図示するように、C型ヨーク11の一端部と他端部との間に配置した。
[1. Stress evaluation]
(Example 1)
An evaluation apparatus shown in FIG. 6 was manufactured and used to evaluate the surface stress of the material to be evaluated. As the material 10 to be evaluated, a material obtained by processing martensitic stainless steel, which is a ferromagnetic material, into a plate shape and applying a tensile stress using a bending tester was used. In the evaluation apparatus shown in FIG. 6, an
空芯コイル16で検出した電圧は差動増幅器17で増幅した後、バンドパスフィルタ18を通して低周波成分および高周波成分を除去し、コンピュータに取り込んだ。本実施例のカットオフ周波数は、検討の結果、10kHzおよび200kHzとした。
The voltage detected by the air-
評価対象材10に印加する交番磁界の強度を変化させるため、安定化電源の電流出力を図4に示す三角波のように変化させ、励磁周波数は1Hzとした。また、交番電流出力の振幅の最大値は、あらかじめ評価鋼材の飽和磁界を評価し、飽和磁界よりも交番磁界の最大値が大きくなるように設定した。
In order to change the strength of the alternating magnetic field applied to the
引張応力413MPaを印加した評価対象材の、バルクハウゼンノイズプロファイルを図7に示す。本実施例では、最大主応力軸が既知であり、応力印加方向からの角度はφ-θsと等しいため、θs=0と定義し、交番磁界の印加方向として、応力印加方向からの角度φを0°から90°まで15°刻みで変えて測定を行った。バルクハウゼンノイズプロファイル、および、そこから算出されるバルクハウゼンノイズ積分強度は、角度φが大きくなるにしたがい、小さくなる傾向を示した。次いで、バルクハウゼンノイズ積分強度とcos2φとの関係をプロットした。結果を図8に示す。図8から、バルクハウゼンノイズ積分強度とcos2φとの関係は、先の関係式(5)で示されるIMBN=αcos2φ+βなる角度依存性を有していることが確認された。 FIG. 7 shows the Barkhausen noise profile of the evaluation target material to which a tensile stress of 413 MPa was applied. In this embodiment, the maximum principal stress axis is known, and the angle from the stress application direction is equal to φ−θs. The measurement was performed by changing from 0° to 90° in increments of 15°. The Barkhausen noise profile and the Barkhausen noise integrated intensity calculated therefrom tended to decrease as the angle φ increased. The relationship between Barkhausen noise integrated intensity and cos 2 φ was then plotted. The results are shown in FIG. From FIG. 8, it was confirmed that the relationship between the integrated Barkhausen noise intensity and cos 2 φ has the angular dependence of I MBN =αcos 2 φ+β shown in the above relational expression (5).
続いて、引張応力値を変えながらα値を算出し、換算曲線を求めた。図9に、本実施例でのα値と印加応力の関係を示す。図中の点線は、フィッティングにて求めた換算曲線を示す。各測定点の換算曲線からのばらつきは非常に小さく、α値から応力を精度よく評価可能であることがわかった。換算曲線からのばらつきで定義される応力評価誤差は最大16MPaであった。 Subsequently, the α value was calculated while changing the tensile stress value, and a conversion curve was obtained. FIG. 9 shows the relationship between the α value and the applied stress in this example. A dotted line in the figure indicates a conversion curve obtained by fitting. Variation from the conversion curve at each measurement point was very small, and it was found that the stress could be evaluated with high accuracy from the α value. The maximum stress evaluation error defined by the variation from the conversion curve was 16 MPa.
(比較例1)
本比較例として、従来技術と同様、バルクハウゼンノイズ積分強度から、関係式(5)によらずに応力を評価した。上記実施例と同一の評価装置および評価鋼材を用いて、バルクハウゼンノイズ積分強度を求め、応力の換算曲線を作成した。図10は、印加応力とバルクハウゼンノイズ積分強度の関係を示す。図中の点線は、フィッティングにて求めた換算曲線を示す。換算曲線からのばらつきで定義される応力評価誤差は最大84MPaであった。これは、実施例に比べて大きい値である。したがって、本発明による応力評価精度向上の効果が確認できた。
(Comparative example 1)
As this comparative example, the stress was evaluated from the integrated Barkhausen noise intensity without depending on the relational expression (5), as in the conventional technique. Barkhausen noise integrated intensity was determined using the same evaluation apparatus and evaluation steel material as in the above example, and a stress conversion curve was created. FIG. 10 shows the relationship between applied stress and integrated Barkhausen noise intensity. A dotted line in the figure indicates a conversion curve obtained by fitting. The maximum stress evaluation error defined by the variation from the conversion curve was 84 MPa. This is a large value compared to the example. Therefore, the effect of improving stress evaluation accuracy according to the present invention was confirmed.
[2.硬度評価]
(実施例2)
実施例1と同じ評価装置を用いて測定対象物の硬度評価を実施した。測定対象物10は実施例1と同じく、マルテンサイト系ステンレス鋼を板状に加工し、引張応力を印加したものとし、交番磁界の印加条件も実施例1と同様とした。
[2. Hardness evaluation]
(Example 2)
Using the same evaluation device as in Example 1, hardness evaluation of the measurement object was performed. As in Example 1, the
図11は、測定対象物10の鋼材に引張応力を0MPaから400MPaに変えながら印加した時のバルクハウゼンノイズ積分強度IMBNを、cos2φに対してプロットしたものを示す。交番磁界の印加方向は、バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる印加方向からの角度を0°から90°まで15°刻みで変えて測定を行った。バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNはcos2φに対して線形に変化し、さらに一次関数にてフィッティングした際の傾きαは印加応力の増加とともに大きくなった。一方、一次関数フィッティングで得られた切片βは印加応力にほとんど依存していなかった。
FIG. 11 shows the Barkhausen noise integrated intensity I MBN plotted against cos 2 φ when a tensile stress is applied to the steel material of the
本実施例で用いた鋼材の焼入れ温度を変えて、本発明の方法にて算出した切片βと硬度との関係を評価した結果を表1に示す。硬度は、ビッカース硬度計により測定した。鋼材の硬度の違いに対応して切片βの値が変化しており、バルクハウゼンノイズ切片評価が可能であることが示された。焼入れによりマルテンサイト変態が進行し、転位密度が増加することで、硬度およびバルクハウゼンノイズ切片が変化したと考えられる。 Table 1 shows the results of evaluating the relationship between the intercept β calculated by the method of the present invention and the hardness while changing the quenching temperature of the steel material used in this example. Hardness was measured with a Vickers hardness tester. The value of the intercept β changed according to the difference in the hardness of the steel material, and it was shown that the Barkhausen noise intercept evaluation is possible. Hardness and Barkhausen noise intercept are thought to change due to progress of martensite transformation and increase in dislocation density due to quenching.
(比較例2)
本比較例2では、バルクハウゼンノイズ積分強度と硬度の関係を評価した。表2に、実施例で行った測定で得られたバルクハウゼンノイズ積分強度IMBNを示す。バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNは大きな変動幅を有する。これは、印加応力および磁界角度によって、バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNが変化したためである。したがって、バルクハウゼンノイズ積分強度IMBNから硬度を評価することはできない。一般に残留応力の大きさおよび方向は未知であり、バルクハウゼンノイズ積分強度の値は、同一の硬度を有する鋼材であっても変化するので、バルクハウゼンノイズ積分強度から硬度を評価するのは困難であると考えられる。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, the relationship between Barkhausen noise integrated intensity and hardness was evaluated. Table 2 shows the Barkhausen noise integrated intensity I MBN obtained in the measurement performed in the example. The Barkhausen noise integrated intensity I MBN has a large range of variation. This is because the Barkhausen noise integrated intensity I MBN changed with applied stress and magnetic field angle. Therefore, hardness cannot be evaluated from Barkhausen noise integrated intensity I MBN . In general, the magnitude and direction of residual stress are unknown, and the value of Barkhausen noise integrated intensity varies even for steels with the same hardness. Therefore, it is difficult to evaluate hardness from Barkhausen noise integrated intensity. It is believed that there is.
1励磁コイル、2電源、3磁界回転機構、4バルクハウゼンノイズ検出センサ
5磁界強度・印加方向制御装置、6バルクハウゼンノイズ記録装置
7硬度計算装置、8、8a、8bヨーク、9、9a、9b励磁コイル
10励磁装置、11ヨーク、12励磁コイル、13電源
14制御コンピュータ、15回転ステージ、16空芯コイル
17差動増幅器、18バンドパスフィルタ
1 excitation coil, 2 power supply, 3 magnetic field rotation mechanism, 4 Barkhausen
Claims (3)
前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、
前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の表面応力を算出する工程と
を含み、
前記評価対象材を磁化する交番磁界、もしくは交番磁界を発生させるための交番電流に対するバルクハウゼンノイズ強度を、交番磁界もしくは交番電流に対して積分して得られるバルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程をさらに含み、
前記算出する工程が、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対する、バルクハウゼンノイズ積分強度の変化量を算出する工程と、
前記変化量に基づいて、表面応力を評価する工程と
を含む、磁性体の表面応力評価方法。 A step of applying an alternating magnetic field to the evaluation target material in a predetermined application direction;
A step of detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated;
By rotating the application direction of the alternating magnetic field within the surface of the evaluation target material, the evaluation target material based on the Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field strength, and the magnetic field application direction and calculating the surface stress,
A magnetic field that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity obtained by integrating the Barkhausen noise intensity for the alternating magnetic field that magnetizes the evaluation target material or the alternating current for generating the alternating magnetic field with respect to the alternating magnetic field or alternating current further comprising determining the direction of application of
In the calculating step, the amount of change in Barkhausen noise integrated intensity is calculated with respect to the square of the cosine of the angle of the magnetic field application direction with reference to the magnetic field application direction in which the Barkhausen noise integrated intensity is maximized;
and a step of evaluating the surface stress based on the amount of change.
前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、
前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、異なる磁界印加方向において検出されたバルクハウゼンノイズ、印加した交番磁界強度、及び磁界印加方向に基づいて、前記評価対象材の硬度を算出する工程と
を含み、
前記評価対象材を磁化する交番磁界、もしくは交番磁界を発生させるための交番電流に対するバルクハウゼンノイズ強度を、交番磁界もしくは交番電流に対して積分して得られるバルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を決定する工程をさらに含み、
前記算出する工程が、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦の二乗に対して、バルクハウゼンノイズ積分強度をプロットし、一次関数にてフィッティングした際の切片の値を算出する工程と、
前記切片から硬度を評価する工程と
を含む、磁性体の硬度評価方法。 A step of applying an alternating magnetic field to the evaluation target material in a predetermined application direction;
A step of detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated;
By rotating the application direction of the alternating magnetic field within the surface of the evaluation target material, the evaluation target material based on the Barkhausen noise detected in different magnetic field application directions, the applied alternating magnetic field strength, and the magnetic field application direction and calculating the hardness,
A magnetic field that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity obtained by integrating the Barkhausen noise intensity for the alternating magnetic field that magnetizes the evaluation target material or the alternating current for generating the alternating magnetic field with respect to the alternating magnetic field or alternating current further comprising determining the direction of application of
In the step of calculating, the integrated Barkhausen noise intensity is plotted against the square of the cosine of the angle of the magnetic field application direction based on the magnetic field application direction in which the Barkhausen noise integrated intensity is the maximum, and the integrated Barkhausen noise intensity is expressed as a linear function a step of calculating the value of the intercept when fitting;
A method for evaluating hardness of a magnetic material, comprising a step of evaluating hardness from the section.
前記評価対象材が発生するバルクハウゼンノイズを検出する工程と、
前記交番磁界の印加方向を前記評価対象材表面内で回転させることにより、前記評価対象材を磁化する交番磁界、もしくは交番磁界を発生させるための交番電流に対するバルクハウゼンノイズ強度を、交番磁界もしくは交番電流に対して積分して得られるバルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界印加方向を決定する工程と、
前記バルクハウゼンノイズ積分強度を、前記バルクハウゼンノイズ積分強度が最大となる磁界の印加方向を基準とした磁界印加方向の角度の余弦関数の二乗でフィッティングする工程と
を含む、磁性体の最大主応力軸の評価方法。 A step of applying an alternating magnetic field to the evaluation target material in a predetermined application direction;
A step of detecting Barkhausen noise generated by the material to be evaluated;
By rotating the application direction of the alternating magnetic field within the surface of the evaluation target material, the Barkhausen noise intensity with respect to the alternating magnetic field that magnetizes the evaluation target material or the alternating current for generating the alternating magnetic field is obtained by the alternating magnetic field or the alternating magnetic field. Determining a magnetic field application direction that maximizes the Barkhausen noise integrated intensity obtained by integrating with respect to the current;
and fitting the integrated Barkhausen noise intensity with the square of the cosine function of the angle in the magnetic field application direction with respect to the magnetic field application direction at which the Barkhausen noise integrated intensity is maximized. How the axis is evaluated.
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---|---|---|---|---|
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US4634976A (en) * | 1983-05-05 | 1987-01-06 | American Stress Technologies, Inc. | Barkhausen noise method for stress and defect detecting in hard steel |
JPS60242363A (en) * | 1984-05-16 | 1985-12-02 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Flaw detecting device of magnetic powder |
DE3884448D1 (en) * | 1987-04-16 | 1993-11-04 | Siemens Ag | MEASURING METHOD FOR MEASURING AND ACCURATE LOCALIZATION OF TENSIONAL STRESSES IN HARDENED AREAS OF COMPONENTS. |
JPH076950B2 (en) * | 1988-09-14 | 1995-01-30 | 株式会社日立製作所 | Device and method for detecting deterioration of metallic material |
JP2766929B2 (en) * | 1989-03-31 | 1998-06-18 | 株式会社日立製作所 | Non-destructive inspection equipment |
JPH04145359A (en) * | 1990-10-06 | 1992-05-19 | Res Dev Corp Of Japan | Rotating flux type magnetic sensor and defect survey device |
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JPH10288603A (en) * | 1997-04-16 | 1998-10-27 | Nkk Corp | Surface flaw detecting method for steel material |
JP2004177177A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Osaka Gas Co Ltd | Magnetic field generator for defect detection of magnetic powder |
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CN202033328U (en) * | 2011-04-22 | 2011-11-09 | 四川兴天源材料检测技术有限公司 | Time-sharing magnetization circuit |
WO2013024858A1 (en) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | 新日鐵住金株式会社 | Method for magnetic flaw detection and magnetic flaw detector |
CN203786082U (en) * | 2014-03-26 | 2014-08-20 | 国家电网公司 | Flexible crossed magnet yoke |
CN205484195U (en) * | 2016-03-08 | 2016-08-17 | 黄新超 | Integral type AC/DC is yoke appearance of detecting a flaw alternately |
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JP2012063296A (en) | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Ntn Corp | Barkhausen noise inspection device |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
けい素鋼板の回転磁界下でのバルクハウゼンノイズ,日本応用磁気学会誌,Vol. 19, No. 2,1995年,pp. 289-292 |
バルクハウゼンノイズを用いた低炭素鋼の応力評価に関する基礎的検討,日本機械学会 産業・化学機械と安全部門研究発表講演会2013講演論文集,2013年06月21日,pp. 25-26 |
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