Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával
description
Transcript of Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával
![Page 1: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/1.jpg)
Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával
Dr. Mészáros Istvánegyetemi docens
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Anyagtudomány és Technológia Tanszék
2008.AGY 4, Kecskemét, 2008.
![Page 2: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/2.jpg)
R. Bozorth: Ferromagnetism
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Normál mágnesezési görbe
![Page 3: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/3.jpg)
A hiperbolikus modell alkalmazásamágneses fázisokra bontásra
Model Based Data Evaluation (MBDE)Mészáros 2007.
1. Szimmetrikus belső (minor) hurkok mérése.2. Normál mágnesezési görbe.3. Többfázisú hiperbolikus modell (MHM) illesztése a
normál görbére.4. A mágnesezési görbék felbontása (dekompozíció).5. A komponensek hiszterézis görbéinek számítása
(minor+telítési). Irreverzibilis fázisok és reverzibilis fázis (légrés).
![Page 4: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/4.jpg)
N
ii fAM
1
N
ii fAM
1
ii HNf tanh
ii HNf tanh
m
N
ki HHforffA
121
Többfázisú hiperbolikus modell (MHM)
Bármely hiszterézis hurok előállítható a hiszterézismentes görbe egyidejű αi vízszintes és β függőleges szimmetrikus eltolásával.
Előnyei:
Fizikai háttér
Minden illesztőparaméternek egyértelmű fizikai jelentése van
Kis számú illesztő paraméter
![Page 5: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/5.jpg)
N
ii
N
iiiiiii
A
HNAHNA
MM
1
1
0 2
tanhtanh
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Normál mágnesezési görbe
![Page 6: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/6.jpg)
Mérési összeállítás
AC permeameter, detektor tekercs a mintán
Szimmetrikus belső (minor) hurkok sorozatának mérése
Mért minor hurkok száma: 200
Gerjesztés: szinusos (H), 5 Hz
Hmax = 2150 A/m
Hiszteresis hurkok: 1000 pont pár
Akkomodációs késleltetés: 5 sec
![Page 7: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/8.jpg)
A vizsgálat célja:
Kísérleti mintasorozatokon annak igazolása, hogy a több mágnesezhető (ferro- ill. ferrimágneses) fázist tartalmazó ötvözetek esetén a mágneses mérések eredményeiből a mágnesezhető fázisok relatív mennyisége és ezek mágneses tulajdonságai teljes mértékben meghatározhatóak.
Kiértékelés (fázis dekompozíció): hiperbolikus modell több fázisú rendszerekre.
![Page 9: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/9.jpg)
Vizsgált minták (lemez)Sample name
Description Measured coercive field
(A/m)
Cross section (mm2)
S4 Low carbon steel (AISI 1010) annealed 266 (265) 15.28
S6 Medium carbon steel (AISI 1050) cold rolled
308 (301) 15.28
S8 High carbon steel (AISI 1074) cold rolled
555 (567) 20.13
S11 Permalloy (Fe-76%Ni) cold rolled 172 (165) 9.7
S13 Medium carbon steel (AISI 1050) annealed
336 (321) 6.35
S17 High carbon steel (AISI 1080) normalized
513 (503) 7.98
![Page 10: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/10.jpg)
Vizsgát minta összeállítások(27 kombináció)
Néhány példa:
S6 + S17
S4 + S17
S6 + S8
S11 + S13
S11 + 2*S13
…
![Page 11: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/11.jpg)
Méréssel meghatározott normál mágnesezési görbe
S6+S17 minták
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 2 4 6 8 10 12H (Rel. units)
B (R
el. u
nits
)
Measured
![Page 12: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/12.jpg)
A mérési eredményekre illesztett, a hiperbolikus modell szerinti, elméleti görbe
Sample: S6+S17Hyperbolic_2 model
R2 = 0.99993
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 2 4 6 8 10 12H (Rel. units)
B (R
el. u
nits
)
MeasuredHyperbolic model
![Page 13: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/13.jpg)
S6+S17
![Page 14: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/14.jpg)
S6+S17
1. Fázis (S17)
irreverzibilis
48,2 vol%
Hc=444,4 A/m
![Page 15: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/15.jpg)
S6+S17
2. Fázis (S6)
irreverzibilis
24,9 vol%
Hc=156,1 A/m
![Page 16: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/16.jpg)
S6+S17 minta eredményei
MBDE fázis dekompozíció eredménye:S6 Hc=156,1 A/m 65,9 vol%S17 Hc=444,4 A/m 34,1 vol%
S6 Hc=160 A/m 15,28 mm2 65,7 vol%S17 Hc=426,8 A/m 7,98 mm2 34,3 vol%
MBDE kiértékelés
Mérés Minta geometriából számolva
![Page 17: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/17.jpg)
Alloy S6 + S17
S4 + S17
S6 + S8
S11 + S13
2xS11 + S13
exp calc exp calc exp calc exp calc exp calc
Hc A/m 365 368 322 333 400 400 236 240 208 214
Hc1 A/m 160 156 266 289 160 159 172 180 172 181
Hc2 A/m 427 444 427 429 555 550 336 328 336 397
Br T 1.51 1.5
1.4 1.37 1.5 1.5 1.2 1.1 1 0.95
A1/A2 1.91 2.1 1.91 1.89 1.31 1.65 1.53 1.66 3.1 3.05
![Page 18: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/18.jpg)
TRIP-acélok (Transformation Induced Plasticity)
Tipikus szövetszerkezet: - ferrit ~ 50 tf%- bénit ~ 35 tf%- ausztenit ~ max. 15 tf%
Szabó Péter János BME ATT 2007.
![Page 19: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/19.jpg)
Gyártó Folyáshatár [Mpa]
Szakítószilárdság [Mpa]
Átlagos szakadási nyúlás [%]
Thyssen TRIP 700 539 751 28
Gyártó Ötvöző C Mn Si Al P S Thyssen TRIP 700 tömeg % 0,28 1,41 0,28 1,08 0,016 0,001
![Page 20: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/20.jpg)
Minta 0 1 2 3 4 5 6 7 8
ε [%] 0,00 1,67 3,33 5,00 6,67 8,33 10,00 11,67 13,33
Minta 9 10 11 12 13 14 15 16 17
ε [%] 15,00 16,67 18,33 20,00 21,67 23,33 25,00 26,67 28,33
![Page 21: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/21.jpg)
Hiszterézis görbék
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500
H [A/m]
B [T
]
ε = 0ε = 1,67ε = 3,33ε = 5ε = 6,67ε = 8,33ε = 10ε = 11,67ε = 13,33ε = 15ε = 16,67ε = 18,33ε = 20ε = 21,67ε = 23,33ε = 25ε = 26,67ε = 28,33
![Page 22: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/22.jpg)
Normál mágnesezési görbék
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 500 1000 1500 2000 2500
H [A/m]
B [T
]
Minta 0Minta 1Minta 2Minta 3Minta 4Minta 5Minta 6Minta 7Minta 8Minta 9Minta 10Minta 11Minta 12Minta 13Minta 14Minta 15Minta 16Minta 17
![Page 23: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/23.jpg)
TRIP 17
![Page 24: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/24.jpg)
TRIP 17
![Page 25: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/25.jpg)
TRIP 17
![Page 26: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/26.jpg)
TRIP 17
![Page 27: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/27.jpg)
TRIP 17
1. komponens
irreverzibilis
6,7 vol%
Xc=5,05
Hc=1217,7 A/m
Martenzit
![Page 28: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/28.jpg)
TRIP 17
2. komponens
irreverzibilis
49,2 vol%
Xc=3,11
Hc=749,1 A/m
Ferrit (alakított)
![Page 29: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/29.jpg)
TRIP 17
3. komponens
irreverzibilis
44,1 vol%
Xc=4,47
Hc=949,5 A/m
Bénit (alakított)
![Page 30: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/30.jpg)
TRIP 17
3. komponens
reverzibilis
Xc=0
Hc=0 A/m
![Page 31: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/31.jpg)
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30
Strain (%)
Hc
(A/m
)
200
300
400
500
600
700
800
HV
BainiteFerriteMartensiteHV
![Page 32: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/32.jpg)
Exciting coil
Pick-up coil
Laminated Fe-Si magnetizing yoke
Sample to be measured
A mágneses NDE mérések tipikus problémái:
- Mágnesező járom járuléka
- Légrés hatása (lift-off)
- Nem érjük el a telítési állapotot
![Page 33: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/33.jpg)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 2 4 6 8 10
H (Rel. units)
B (R
el. u
nits
)
Measured curveTested sampleYoke and air gapYokeAir gap
A mágnesezési görbék dekompozíciója
![Page 34: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/34.jpg)
-1
-0.5
0
0.5
1
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
H (Rel. units)
B (R
el. u
nits
)
A hiszterézis görbék dekompozíciója
![Page 35: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/35.jpg)
Eredmények
A minta meghatározott mágnesezési görbéi függetlenek:
a légréstől (lift-off) (0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1 mm)
a mágnesező járom (mérőfej) mágneses tulajdonságaitól. (lemezelt FeSi, MnZn ferrit, tömör lágyvas)
A minta telítési mágnesezési jellemzői extrapolációval meghatározhatók.
![Page 36: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/36.jpg)
Eredmények, összefoglalás
Bevezettem a módosított hiperbolikus modellt és kiterjesztettem azt a több ferro/ferrimágneses fázist tartalmazó rendszerekre.
Bevezettem egy új a hiperbolikus modellen alapuló mérés kiértékelési módszert (MBDE).
Kísérleti mintasorozaton igazoltam, hogy az MBDE alkalmazható a több mágneses fázist tartalmazó fémtani rendszereket felépítő fázisok mágneses tulajdonságainak és a relatív fázisarányuk meghatározására.
Igazoltam, hogy a fázisok mágnesek hozzájárulása lineárisan kombinálható. (Maxwell-féle szuper pozíciós elv alkalmazható a mágnesezési görbékre.)
![Page 37: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/37.jpg)
Köszönöm a figyelmet!
![Page 38: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/38.jpg)
Nanokristályos mag vizsgálata
Vitroperm 800
Vacuumschmelze
Magnetec
Fe74Cu1Nb3Si15B7
40-50 Vol% nanokristályos fázis(Finemet, 545 oC/1h, ROUND)
![Page 39: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/39.jpg)
![Page 40: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/40.jpg)
Vitroperm 800
Bm = 1,26 T
Hc = 1,02 A/m
µ0 = 127 828
µmax = 375 596
![Page 41: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/41.jpg)
1. Irrev. fázis
Amorf
55,1 Vol%
Hc = 1,88 A/m
µ0 = 50 971
µmax = 224 924
![Page 42: Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062411/56814bf2550346895db8df33/html5/thumbnails/42.jpg)
2. Irrev. fázis
Nanokristályos
44,9 Vol%
Hc = 0,95 A/m
µ0 = 20 891
µmax = 594 692