Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

Átírás

1 BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai Dr. Mészáros István Habilitációs előadás BME 216. március 3. 1 B = µ H Mágneses tér anyag kölcsönhatás B = µ µ r H = µ ( H + M ) = µ H + µ M = µ H + P 1 M = κh = pi V µ = 1+ κ 7 r Mágneses permeabilitás Mágneses szuszceptibilitás (érzékenység) Mágneses telítés, M s, P s µ = 4π 1 Vs B = T 2 m A H m Vs Am 2 1

2 Ferromágneses anyagok doménszerkezete Bloch-fal (tömbi anyag) Egyensúlyi állapotban, a domének mágnesezettsége valamelyik könnyű mágnesezési irányba mutat. doménfalak típusai Fe [1] 9 és 18 Doménszerkezet, MOKE FeBNd (Nd 16 Fe 76 B 8 ) 3 Az átmágneseződési folyamat kinetikája Forgás (irány eltér a KI-tól) inkoherens koherens Falmozgás (irány mindig KI) reverzibilis irreverzibilis 1,5 1,5 B (T) ,5-1 -1,5 H (A/m) 4 2

3 Az anyagvizsgálati eljárások során az anyaggal előre megtervezett módon energiát közlünk és annak erre a külső gerjesztésre adott válaszát vizsgáljuk és értelmezzük. Gerjesztés(ek) Anyag Válasz(ok) 5 Akusztikus emisszió 6 3

4 Energia diszperzív röntgenspektrometria (EDS) 7 Gerjesztési módok: mechanikai (szakítóvizsgálat, keménységmérés, fárasztó vizsgálat, ultrahangos vizsgálat, akusztikus emisszió ) elektromos (örvényáramú vizsgálat, vezetőképesség mérés, ) mágneses (mágneses repedésvizsgálat, mágneses tulajdonságok mérése, nemlineáris harmonikusok mérése, MAT, mágneses Barkhausen-zaj vizsgálata, magnetoelasztikus effektus ) optikai (vizuális vizsgálat, optikai mikroszkópos vizsgálat, ) besugárzás (radiográfiai vizsgálatok, röntgen diffrakció, elektron mikroszkópia, EDS, EBSD, ) termikus (termofeszültség mérés, hőfárasztó vizsgálat, ), kombinált hatások (kúszás vizsgálat, feszültség korróziós vizsgálat, ) 8 4

5 Gerjesztés elektromos ill. mágneses anyagvizsgálatok esetén: Elektromos (E) és/vagy mágneses tér (H) Időben állandó (DC) Időben periodikusan változó (AC) Időben nem periodikusan változó (pl. impulzus gerjesztés) Vizsgálat hatása szerint: Roncsolásos Roncsolásmentes (NDT, NDE) 9 Idő (ms) Amplitúdó (V) Amplitúdó (V) Frekvencia (Hz) Saját mérési eredmények 1 5

6 Mágnesezési görbék mérése Alapvető mágnesezési görbék, mágneses jellemzők Saját mérési eredmény B(H), M(H) Hiszterézis hurkok (belső, mellék, telítési) Első mágnesezési görbe Normál mágnesezési görbe Hiszterézismentes mágnesezési görbe B s, B max, B r, H c, µ, µ max, 11 Nem-lineáris felharmonikusok vizsgálata Amplitúdó (V) Idő (ms) Saját mérési eredmények Amplitúdó (V) Frekvencia (Hz) 12 6

7 Barkhausen-zaj vizsgálata H c Irreversible domain wall displacement ranges. Saját mérési eredmények 13 Szövet- és hibaszerkezet érzéketlen (intrinsic) mágneses tulajdonságok Telítési polarizáció ill. mágnesezettség (állandó hőmérsékleten) Curie hőmérséklet Szövet-, hibaszerkezet és feszültség érzékeny (extrinsic) mágneses tulajdonságok Mágnesezési görbék alakja (első, normál, hiszterézis ) Koercitív tér Remanens indukció Hiszterézis terület Permeabilitások (kezdeti, maximális, növekményes ) Felharmonikusok amplitúdója és fázisa Barkhausen-zaj (mágneses, akusztikus) 14 7

8 Hengerelt LDSS minták első mágnesezési görbéi. Fázisátalakulás: γ α' (alakítási martenzit) Mju * M µ (Tesla) M (T) Saját mérési eredmény % 2% 4% 6% 8% 1% 3% 5% 7% H (A/cm) 15 Képlékeny hidegalakítás (hengerlés) hatása a gyengén ötvözött acél keménységére és koercitív terére 14 Hc (A/m) HV Saját mérési eredmény 16 8

9 Barkhausen-zaj H. Barkhausen, Phys. Rev. 2, p.41, Irreverzibilis doménfalmozgás, doménfalak ugrásszerű mozgása (25-3 m/s ) Barkhausen-zaj (mágneses, akusztikus) Barkhausen-zaj függ : mechanikai feszültségi állapot, szövetszerkezet Hibaszerkezet (diszlokációk, 2D hibák) Kiértékelési módok: RMS Spektrális jellemzők Hisztogram Self-Organized Critical Process (SOC) Roncsolásmentes vizsgálati eljárás 17 Összefoglalás Mágneses mérések fontosabb alkalmazási területei (szerkezeti acélok vizsgálata): Szövet- és hibaszerkezeti változások tanulmányozása Fázisátalakulások vizsgálata Mechanikai feszültség mérése Mérnöki szerkezetek leromlása (szerkezetintegritás) Maradék élettartam becslés 18 9

10 Leromlási folyamat által létrehozott szerkezeti változás, illetve hiba Makroszkópikus repedések, üregek kialakulása Repedés terjedés Repedés keletkezés Klasszikus NDT eljárások Ultrahangos vizsgálat Radiográfia Örvényáramú vizsgálat Mágneses repedés vizsgálat... Diszlokációs szerkezet változásai Diszlokációk számának növekedése Ponthibák, diszlokációk keletkezése Prof. Takahasi, UNMNDE, 211. Mágneses NDE eljárások Mágnesezési görbék Nemlineáris harmonikusok módszere (NLHA) MBDE eljárás Magnetic Adaptive Testing Barkhausen-zajmérés Magnetoakusztikus-zajmérés Felületi permeabilitás mérés