21-2-23...fig. 3 fig. 4 fig. 3 ss400 d fig. 4 sus304 sd table

8
240 AEM 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 52.1 SS400 SUS304 606-8501 e-mail: [email protected] *1

Upload: others

Post on 15-Oct-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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�����������������

����

Page 2: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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

Page 3: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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).

Page 4: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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).

Page 5: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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).

Page 6: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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.

Page 7: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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 ����)

Page 8: 21-2-23...Fig. 3 Fig. 4 Fig. 3 SS400 D Fig. 4 SUS304 SD Table

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.