21-2-23...fig. 3 fig. 4 fig. 3 ss400 d fig. 4 sus304 sd table
TRANSCRIPT
240
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
(144)
�
�
�����������������������
Evaluation of Elastic-Plastic Deformation of Metal by Magnetic Flux Leakage Measurement �
��� ��*1�������� ��*1�����
�Masataka ABE (Mem.), Eiji MATSUMOTO (Mem.)
This study intends to assess elastic and plastic deformation of carbon steel (SS400) and austenitic stainless steel (SUS304) by measuring magnetic flux leakage near a specimen surface using a hall sensor with high sensitivity and high spatial resolution. We measure the tangential components of Magnetic Flux Leakage near the specimen surface under residual magnetization condition. In the results, it is confirmed the MFL signal shows characteristic trend with respect to the elastic and plastic deformation. Furthermore, it is shown that the distribution of plastic deformation and residual stress can be estimated by MFL distribution.
Keywords: magnetic flux leakage, elastic deformation, plastic deformation, SS400, SUS304, NDE. �
�����
����������������������
������������������������
��������[1]���������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
����������������������[2-4]�������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������[5]������������������������
����������������������
SUS304 �� SUS316 ��������������
������������������������
������������������������
�������������������������
������������������������
������������������������
�����[6,7]�
�����������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
�������������������� SS400 �
���������������� SUS304 ����
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
���5���������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
�������
2.1 ���
������� SS400 ���� SUS304 �����
���� ��� ����606-8501 �����������
�����������������e-mail: [email protected] *1�����������������
����
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
241(145)
�� �� ��
���
��
��
��
���
Fig. 1 Specimen for elastic region measurement.
�� ��
���
��
��
���
����
Fig. 2 Specimen for plastic region measurement.
��
���
��
�
��
��
��
���
���
�� ��
Fig. 3 SS400 stress concentration type specimen.
�� �� ��
���
��
�
��
��
��
���
���
Fig. 4 SUS304 stress concentration type specimen.
��Table 1 ����� SS400 �� SUS304 �����
������������������������
������������������������
�����������������Fig. 1 ����
���� SS400 ��E ��������� 3 ��SUS304��SE ��������� 1 �����������
������������������������
��������������Fig. 2 �������
SS400 ��P ����� SUS304 ��SP ������
������������������������
������������������������
��������� R ��������������
������ Table 2 �������SS400 ��P ��
��������������������� 1.25%�
2.50%� 3.75%�5.00%�������SUS304 ��SP�����������������������
1.00%�2.00%�3.00%�4.00%�����������
������������������������
������������������������
�������������������������
������������������������
�������Fig. 3 ��� Fig. 4 ���������
��������Fig. 3 � SS400 ��D �����Fig. 4� SUS304 ��SD ��������������Table 3 ������ D ����������������
���� 3.00%��� 5.00%�����������
������������������������
������������������ 1 ������
��� SD �������������������
�� 3.00%�������������������
����������
Table 1 Mechanical properties of SS400 and SUS304. SS400 SUS304
Yield stress /0.2% proof stress
327MPa 660MPa
Young’s modules 209GPa 191GPa
Table 2 Maximum and residual strain of specimen for plastic region measurement.
Specimen No Max. strain Residual strain P-1 0.0125 0.0111 P-2 0.0250 0.0232 P-3 0.0375 0.0353 P-4 0.0500 0.0476 P-5 0.0125 0.0109 P-6 0.0250 0.0232 P-7 0.0375 0.0353 P-8 0.0500 0.0476 P-9 0.0125 0.0109 P-10 0.0250 0.0231 P-11 0.0375 0.0358 P-12 0.0500 0.0476 SP-1 0.0100 0.0059 SP-2 0.0200 0.0155 SP-3 0.0300 0.0252 SP-4 0.0400 0.0351
Table 3 Maximum and residual strain of stress concentration type specimen.
Specimen No. Max. strain Residual strain D-1 0 0 D-2 0.0300 0.0284 D-3 0.0500 0.0477
242
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
(146)
2.2 ����
� ��������� Fig. 5 �����������
��������������� AG-50KE�����
�����COMS � 3 ������RAP-3�����
������������������������
������������������������
������������������������
�����2000 �����������������
������������������������
������������������������
���������������� 3(A)������
��������������������T-550��
�������������GM-5005�������
�������������34970A��������
��������������������� 50�m������������4(T)���������
10-7(T)���������������������
������������������������
������������������������
���������������� 10mm�10mm �
������������������������
�� 10mm�60mm ���������������
���������� 1mm������� 0.5mm �
������������������������
�����SS400 ������� 0MPa �� 200MPa�� 20MPa ������������������
����������SUS304��� 0MPa�� 250MPa�� 25MPa ������������������
�������
����������
3.1 ���
� Fig.6 � Fig.7 � SS400 �� SUS304 �������
������������������������
��������Fig. 8 � Fig. 9 ����������
������������������������
Fig. 8�Fig. 9 ����(a)�������������
�������(b)�����������(c)��(a)������������������������
������������������������
������������������������
Fig. 8 �������SS400 ������������
������������������������
��������������������� SS400
Degital Multi-MeterDegital Multi-Meter
GPIB
Gauss MeterGauss Meter
Hole Sensor
MagnetizingYoke
Specimen
Control
X-Y-Z Stage
Tensile Stress
Fig. 5 Experimental system.
����������������
�� �� �� �� �� � � � � � �
��
��
�
� �
����������������
���������� � � � � � �
��
��
(a) 0MPa � � � � � (b) 100MPa
����������������
���������� � � � � � �
��
��
������
������
������
������������������������������
(c) 200MPa Fig. 6 Distribution of magnetic flux density
under tensile stress (SS400).
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
�� � �
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��
(a) 0MPa� � � � � (b) 125MPa
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��
��������������������������������������������������������
������������������������������
(c) 250MPa Fig. 7 Distribution of magnetic flux density
under tensile stress (SUS304).
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
243(147)
������������������������
������������������������
��[8]���������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
����������������������
� ���Fig. 9(b)�����SUS304 ��������
������������������������
����Fig. 9(c)�����������������
������������������������
������������������������
��� SUS304 �����������������
��������������Fig. 9(a)�������
������������������������
�������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������SUS304 ��������
����� SS400 ����������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
0 100 200-0.1
-0.05
0
0.05
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
E-1E-2E-3
(a) After demagnetization
�
0 100 2000.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
E-1E-2E-3
(b) Non-adjusted
�
0 100 2000.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8[�10-3]
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
)
E-1E-2E-3
(c) Adjusted (demagnetization base) Fig. 8 Mean value of MFL density (SS400).
0 100 200-0.18
-0.17
-0.16
-0.15
-0.14
-0.13
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
(a) After demagnetization
�0 100 2000.5
0.52
0.54
0.56
0.58
0.6
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
(b) Non-adjusted
�
0 100 200
0.66
0.68
0.7
0.72
0.74
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
(c) Adjusted (demagnetization base) Fig. 9 Mean value of MFL density (SUS304).
244
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
(148)
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
�������������������������
������SUS304 ��������������
������������������������
�������������SS400 ��������
�����������
3.2 ���
� Fig. 10 ��� Fig. 11 �������P-1�P-4 ���
��� SP-1�SP4 ����������������
��������Fig. 12�Fig. 13�SS400��SUS304������������������������
�������������Fig. 12 ���SS400 ��
�������������������������
������������������������
������������������������
���������������P-1 �������
������������������������
��������������������Fig. 10(a)���-3mm�5mm�����������������
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.051
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Residual strain
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
P-1P-11
Fig. 12 Mean value of MFL density of P specimen (SS400) .
0 0.01 0.02 0.03 0.040.5
0.52
0.54
0.56
0.58
0.6
Residual strain
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
(a) Non-adjusted
0 0.01 0.02 0.03 0.04
0.66
0.68
0.7
0.72
0.74
Nominal tensile stress (MPa)
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
(b) Adjusted (demagnetization base) Fig. 13 Mean value of MFL density of SP specimen
(SUS304).
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
�������������������������������������������
������������������������������
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
�� ������������������������������������������������������
������������������������������
(a) P-1(max strain 1.25% ) (b) P-2(max strain 2.50%)
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��
������������������������������������������������
������������������������������
����������������
���������� � � � � � �
��
��������������������������������������������������
������������������������������
(c) P-3(max strain 3.75%) (d) P-4(max strain 5.00%) Fig. 10 Mean value of MFL density (SS400).
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��������������������������������������������������
������������������������������
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��
������������������������������������������������
������������������������������
(a) SP-1(max strain 1.00% ) (b) SP-2(max strain 2.00%)
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��
������������������������������������������������
������������������������������
����������������
��
��
��
��
�� � � � � � �
��
��������������������������������������������������
������������������������������
(c) SP-3(max strain 3.00%) (d) SP-4(max strain 4.00%) Fig. 11 Mean value of MFL density (SUS304).
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
245(149)
����������� 1.25%����������
�������������������������
���P-11 �������������������
������������������������
������������������������
�����������������
� ���Fig. 13(a)���������SUS304 ����
������������������������
����������Fig. 13(b)����������
�������������SS400 ��������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
3.3 ������������
� Fig. 14 ��SS400 �����������D ����
������������������������
����������Fig. 14(a)�������D-1 �
����Fig. 14(b)�������� 3%�D-2 �����
Fig. 14(c)�������� 5%�D-3 ��������
�����������Fig. 15 ����������
��������������Fig. 16 �������
����������������Fig. 14 ��� Fig.15 ���������������������D-2�D-3 ����������������������
�������������������������
D-2 ����������������������
�D-1 ����������������������
������������������������
������������������������
����������D-3 ������������
���
���
���
�
��
��
��
�� � �
��
��
���
���
���
�
��
��
��
�� � �
��
��
���
���
���
�
��
��
��
�� � �
��
��
������
������
������
�����
������
������
������
������
������������������������������
(a) D-1 (b) D-2 (c) D-3 Fig. 14 MFL distribution of D specimen (SS400).
-30 -20 -10 0 10 20 300
1
2
Longitudinal location (mm)
Tang
entia
l com
pone
nt o
f MFL
(T) [�10-3]
D-1D-2D-3
Fig. 15 MFL distribution on midline of D specimen.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050
0.5
1
1.5
Maximum tensile strain
Mea
n va
lue
of ta
ngen
tial M
FL (T
) [�10-3]
Fig. 16 Mean value of MFL density.
���
���
���
�
��
��
��
�� � �
��
��
���������������������������������������������������������������������
������������������������������
Fig. 17 MFL distribution of SD specimen (SUS304).
-30 -20 -10 0 10 20 30
0.56
0.58
0.6
0.62
0.64
Longitudinal location (mm)
Tang
entia
l com
pone
nt o
f MFL
(T) [�10-3]
Fig. 18 MFL distribution on midline of SD specimen.
246
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
(150)
������������������������
������D-3 ����������������
������������������������
���������������������� D-1������������������������
��R���������������������
�����������������������Fig. 16 �����������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
����������������SS400 �����
�������������������������
������������������������
����
� ���Fig. 17 ��SUS304 �����������SD������������������������
�����������������Fig. 18 ����
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������� 0.6�T��������
���� 0.56�T����������������
������������������������
������������������������
�������������������� SUS304�������������������������
������������������������
�����������
�����
������SS400 �� SUS304 ��������
������������������������
������������������
SS400 �������
1) ���������������������
���������������������
���������������������
����������������
2) ���������������������
���������������������
���������������
3) ���������������������
���������������������
���������������������
���������������������
���������������������
���
����SUS304 �������
1) ���������������������
���������������������
���������������������
���������������������
����
2) ���������������������
���������������������
���������������������
����������������
3) ���������������������
���������������������
���������������������
���������������������
����������������������
SUS304 �����������������
���������������������
����������
4) ���������������������
���������������������
���
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������
(2012 � 10 � 1 ����2013 � 2 � 27 ����)
日本 AEM 学会誌 Vol. 21, No.2 (2013)
247(151)
����
[1] R. M. Bozorth, Ferromagnetism,�Van Nostrand, 1951. [2] ��������������������������
��������� A�Vol. 63�pp. 1489-1494�1997. [3] ����������������������-���
����������������� A�Vol. 60�pp.1617-1623�1994.
[4] �������������������������
���������������Vol. 23�No. 4-2�pp. 9-17�2001.
[5] ��������������������� AEM �
���Vol. 9�No. 2�pp. 9-17�2001. [6] �������������������������
������ AEM ����Vol. 9�No. 2�pp. 123-130�2001.
[7] ������������ SUS304 ���SUS316 ���
�����������������Vol. 57�No. 9�pp.433-436�2008.
[8] �������������������������
�������������������������
�����2013.