pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-3-281-292pimi-454Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsПрименение магнитошумового метода для контроля механической анизотропии ферромагнитных материаловApplication of Magnetic Noise Method to Control the Mechanical Anisotropy of Ferromagnetic MaterialsБуськоВ. Н.BuskoV. N.

Адрес для переписки: В.Н. Бусько – Ин-т прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, ул. Академическая, 16, г. Минск 220072, Беларусь    e-mail: busko@iaph.bas-net.by

Address for correspondence: V.N. Busko – Institute of Applied Physics of the National Academy of Science of Belarus, Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072, Belarus     e-mail: busko@iaph.bas-net.by

busko@iaph.bas-net.byОсиповА. А.OsipovA. A.Институт прикладной физики Национальной академии БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarus201909092019103281292Copyright © Бусько В.Н., Осипов А.А., 20192019Бусько В.Н., Осипов А.А.Busko V.N., Osipov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/454

Наличие анизотропии свойств ферромагнитных материалов предопределяет необходимость ее исследования и контроля, поскольку она оказывает существенное влияние на основные физико-механические характеристики деталей, изделий и конструкций. Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании возможности применения магнитошумового метода для неразрушающего контроля механических свойств ферромагнитных материалов на примере коэффициента нормальной анизотропии Rn листового проката, механических напряжений при упругой деформации электротехнической стали и анизотропии физико-механических свойств ферромагнитных материалов.

Так как механическая анизотропия связана с магнитной анизотропией, при ее исследовании использовался магнитный метод на основе эффекта Баркгаузена (МЭБ), информативные параметры которого относятся к магнитоанизотропным. Сравнение результатов оценки анизотропии с помощью МЭБ на партии образцов штампуемой тонколистовой стали с измеренными производителем значениями Rn показало их близкое совпадение. Результаты исследований показали возможность оценки степени Rn с помощью МЭБ при применении его на производстве. Для изучения магнитной анизотропии в различных материалах и влияния на нее упругих напряжений растяжения и сжатия при изгибе с помощью МЭБ были изготовлены устройство для кругового вращения преобразователя Баркгаузена на поверхности исследуемого образца и устройство для формирования в образце упругих напряжений при изгибе.

Установлено, что упругая деформация в образцах электротехнической стали приводит к резкому изменению уровня магнитного шума и формы круговых диаграмм с учетом знака формируемых в образце напряжений. Установлено, что в результате холодной прокатки в процессе производства образцы электротехнической стали имеют ярко выраженную текстуру, обусловленную направлением проката листа. Создаваемые упругие напряжения в рассматриваемом диапазоне практически не меняют текстурированность – наведенную кристаллографическую анизотропию после прокатки материала.

Полученные с помощью магнитошумового метода результаты могут быть полезны при изучении, мониторинге и контроле анизотропии, кристаллографической текстуры, структурной неоднородности ферромагнитных материалов в виде листового проката, тонколистовой и рулонной стали, листовой штамповки и решении других задач с использованием магнитошумового метода в лабораторных и цеховых условиях.

Presence of anisotropy of the ferromagnetic materials' properties determines the need for its research and control, since it has a significant impact on the basic physicomechanical characteristics of details, products and constructions. The aim of the work was to experimentally investigate the possibility of using the magnetic noise method for non-destructive testing of mechanical properties of ferromagnetic materials particularly value of the coefficient of normal anisotropy Rn of sheet metal, mechanical stresses under elastic deformation of electrical steel and the anisotropy of the physical and mechanical properties of ferromagnetic materials.

Since the mechanical anisotropy is related to the magnetic anisotropy, the magnetic method of the Barkhausen effect (MBE) was used in its study, the informative parameters of which belong to the group of magnetic anisotropy. Comparison of the results of anisotropy evaluation on a set of samples of stamped sheet steel using the MBE with values Rn measured by the manufacturer showed their close match. This revealed the possibility of Rn level evaluation using the MBE. Device for circular rotation of the Barkhausen transducer on the sample surface and device for forming of elastic bending stresses in the sample were constructed. To study the magnetic anisotropy in various materials and the impact of elastic tensile and compressive stresses by bending on it using the MBE.

It has been found that the elastic deformation in samples of electrical steel leads to dramatic change of the magnetic noise level and the shape of the circular diagrams, taking into account the sign of the stresses generated in the sample. It was established that as a result of cold rolling in the production process, electrical steel samples have a pronounced texture due to the direction of rolled sheet. The created elastic stresses in the considered range practically do not change the texture (induced crystallographic anisotropy) after the material rolling.

The results can be useful for studying, monitoring and testing of anisotropy, crystallographic texture, structural heterogeneity of ferromagnetic materials in the form of sheet metal, sheet steel and coil steel, sheet metal forming and for solving other problems using the magnetic noise method in aboratory and workshop conditions.

анизотропиядеформацияизгибнапряжениямагнитный шумanisotropystrainbendingstressmagnetic noiseReferencesRadchenko, A.V. Numerical modeling of development of fracture in anisotropic composite vaterials at low-velocity loading / A.V. Radchenko, P.A. Radchenko // Journal of Materials Science. – 2010. – Vol. 46, no. 8. – Р. 2720–2725. DOI: 10.1007/s10853-010-5142-8Radchenko A.V., Radchenko P.A. Numerical modeling of development of fracture in anisotropic composite vaterials at low-velocity loading. Journal of Materials Science, 2010, vol. 46, no. 8, pp. 2720–2725. DOI: 10.1007/s10853-010-5142-8Gorkunov, E.S. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of Ferromagnetic Materials, Reviev Article I. / E.S. Gorkunov, Y.N. Dragoschanski // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 1999. – No. 6. – P. 3–23.Gorkunov E.S., Dragoschanski Y.N. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of Ferromagnetic Materials, Reviev Article I. Russian Journal of Nondestructive Testing, 1999, no. 6, pp. 3–23.Тиунов, В.Ф. Контроль неоднородности магнитной проницаемости листовой анизотропной электротехнической стали // Дефектоскопия. – 2019. – № 3. – С. 46–49.Tiunov V.F. [Monitoring of the magnetic permeability heterogeneity of anisotropic electrical steel sheets] Defektoskopiya [Defectoscopy], 2019, no. 3, pp. 46–49. (in Russian).Korzunin, G.S. The effect of the Anisotropy of Magnetic Properties of electrical steel on losses in power transformer cores / G.S. Korzunin [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2010. – Vol. 46, no. 9. – P. 632–637. DOI: 10.1134/S1061830910090020Korzunin G.S., Bulychev O.A., Sysolyatina I.P., Chistyakov V.K. The effect of the Anisotropy of Magnetic Properties of electrical steel on losses in power transformer cores. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, vol. 46, no. 9, pp. 632–637. DOI: 10.1134/S1061830910090020Borsutzki, M. Magnetische und akustische Verfahren zur Materialcharakterisierung von Stahlblechen / M. Borsutzki, J. Kroos, W. Reimche, E. Schneider // Stahl und Eisen, 120 (2000), H. 12. – P. 115–121.Borsutzki M., Kroos J., Reimche W., Schneider E. Magnetische und akustische Verfahren zur Materialcharakterisierung von Stahlblechen, Stahl und Eisen, 2000, 120, H. 12, pp. 115–121.Korzunin, G.S. Effect of Mechanical Stresses on the Magnetic Properties of Anisotropic electrical steel / G.S. Korzunin, R.B. Puzhevich, M.B. Tsyrlin // The Physics of Metals and Metallography. – 2007. – Vol. 103, no. 2. – P. 142–151. DOI: 10.1134/S0031918X07020044Korzunin G.S., Puzhevich R.B., Tsyrlin M.B. Effect of Mechanical Stresses on the Magnetic Properties of Anisotropic electrical steel. The Physics of Metals and Metallography, 2007, vol. 103, no. 2, pp. 142–151. DOI: 10.1134/S0031918X07020044Nichipuruk, A.P. Induced magnetic anisotropy in low-carbon steel plates subjected to plastic deformation by stretching / A.P. Nichipuruk, A.N. Stashkov, M.S. Ogneva, A.V. Korolev, A.A. Osipov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51, no. 10. – P. 610–615. DOI: 10.1134/S1061830915100095Nichipuruk A.P., Stashkov A.N., Ogneva M.S., Korolev A.V., Osipov A.A. Induced magnetic anisotropy in low-carbon steel plates subjected to plastic deformation by stretching. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2015, vol. 51, no. 10, pp. 610–615. DOI: 10.1134/S1061830915100095Матюк, В.Ф. Состояние неразрушающего контроля штумпуемости листового проката сталей // Неразушающий контроль и диагностика. – 2012. – № 3. – С. 3–24.Matyuk V.F. [The state of non-destructive testing of the stampability of sheet steel for steel]. Nerazrushayushhij kontrol' i diagnostika [Nondestructive Testing and Diagnostics], 2012, no. 3, pp. 15–42 (in Russian).Счастный, А.С. Исследование возможности контроля анизотропии листового проката / А.С. Счастный, А.А. Осипов // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2014. – № 3. – С. 20–33.Schastnyj A.S., Happily А.S., Osipov A.A. [Study of the possibility of controlling sheet metal anisotropy]. Nerazrushayushhij kontrol' i diagnostika [Nondestructive testing and diagnostics], 2014, no. 3, pp. 20–33 (in Russian).Matyuk, V.F. Modem state of Nondestructive testing of Mechanical properties and stamping ability of steel sheets in a manufacturing technological flow / V.F. Matyuk., S.A. Goncharenko, H. Hartmann, H. Reichelt // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2003. – Vol. 39, no. 5. – P. 347–380. DOI: 10.1023/B:RUNT.0000011264.99280.deMatyuk V.F., Goncharenko S.A., Hartmann H., Reichelt H. Modem state of Nondestructive testing of Mechanical properties and stamping ability of steel sheets in a manufacturing technological flow. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2003, vol. 39, no. 5, pp. 347–380. DOI: 10.1023/B:RUNT.0000011264.99280.deBida, G.V. Multiparameter methods in magnetic structuroscopy and nondestructive testing of mechanical properties of steels / G.V. Bida, A.P. Nichipuruk // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2007. – Vol. 43, no. 8. – P. 493–509. DOI: 10.1134/S1061830907080013Bida G.V., Nichipuruk A.P. Multiparameter methods in magnetic structuroscopy and nondestructive testing of the mechanical properties of steels. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2007, no. 8, pp. 3–24. DOI: 10.1134/S1061830907080013Gorkunov, E.S. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of ferromagnetic Materials, Reviev Article V. / E.S. Gorkunov, Y.N. Dragoschanski, M. Mikhovski // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2000. – V. 36, no. 6. – P 389– 417. DOI: 10.1007/BF02759376Gorkunov E.S., Dragoschanski Y.N., Mikhovski M. Barkhausen Noise and its Utilization in Structural Analysis of ferromagnetic Materials, Reviev Article V. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2000, vol. 36, no. 6, pp. 389–417. DOI: 10.1007/BF02759376Ivanova, Y. Comparative measurements of the stress state in a rolled carbon steel using magnetic barkhausen noise and ultrasonic method / Y. Ivanova, T. Partalin // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. – Vol. 48, no. 2. – P. 137–146. DOI: 10.1134/S1061830912020040Ivanova Y., Partalin T. Comparative Measurements of the Stress State In A Rolled Carbon Steel Using Magnetic Barkhausen Noise And Ultrasonic Methods. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2012, vol. 48, no. 2, pp. 137–146. DOI: 10.1134/S106183091202004014.Венгринович, В.Л. Новые возможности НК напряжений методом эффекта Баркгаузена / В.Л. Венгринович [и др.] // В мире неразрушающего контроля. – 2005. – № 1 (27). – С. 36–39.Vengrinovich V.L., Tsukerman V.L., Denkevich Yu.B. [New possibilities of NK voltages by the Barkhausen effect method]. V mire nerazrushayushhego kontrolya [In the world of nondestructive testing], no. 1 (27), March 2005, pp. 36–39 (in Russian).Iordache, V.E. Effect of mechanical strains on the magnetic properties of electrical steels / V.E. Iordache., E. Hug // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. – December 2004. – Vol. 6, no. 4. – P. 1297–1303.Iordache V.E., Hug E. Effect of mechanical strains on the magnetic properties of electrical steels. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, December 2004, vol. 6, no. 4, pp. 1297–1303.Филинов, В.В. Применение метода магнитных шумов для контроля технологических напряжений / В.В. Филинов [и др.] // Контроль. Диагностика. – 2005. – № 3. – С. 17–22.Filinov V.V., Shaternikov V.E., Rukavishnikov I.V. [Application of the magnetic noise method for the control of process voltages]. Kontrol'. Diagnostika [Control. Diagnostics], 2005, no. 3, pp. 17–22 (in Russian).Бусько, В.Н. Лабораторная система для исследования усталостной деградации ферромагнитных материалов и примеры ее реализации / В.Н. Бусько, Д.А. Винтов // Приборы и методы измерений. – 2012 – № 2 (5). – P. 33–39.Busko V.N., Vintov D.A. [Laboratory system for investigation of the fatigue degradation in ferromagnetic materials and examples of its implementation]. Pribory i metody izmerenij [Devices and Methods of Measurements], 2012, no. 2 (5), pp. 33–39 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.