Neste trabalho se estuda a aplicação de um método de Ensaio Não Destrutivo, baseado no Ruído Magnético de Barkhausen (RMB), na medição de falhas superficiais em aços. O RMB é gerado por abruptas mudanças na magnetização de materiais quando submetidos a campos magnéticos variáveis. Essas mudanças são afetadas pela microestrutura e a presença e distribuição de tensões elásticas (compressão e tração). Inicialmente apresenta-se um estudo de medições de tensões produzidas por flexão, e perfis de dureza, via RMB. Analisa-se a influência de parâmetros de medição e analise dos sinais, na qualidade do diagnostico. Analisou-se a sensibilidade dos sinais de RMB na medição de tensão a parâmetros tais como direção de laminação da chapa, intensidade e frequência de campo magnético de excitação. Nos estudos da aplicação do RMB em medições de dureza, se usaram amostras de ensaio Jominy, com variação contínua de dureza. Utilizou-se dois tipos de materiais e foram feitas medidas de dureza HRC, RMB e análise metalográfica. O comportamento de diferentes parâmetros dos sinais de RMB se correlacionou com as medições de Dureza e as micrografias obtidas. As amplitudes do RMB mostraram ser inversamente proporcionais aos níveis de dureza. Também se apresenta uma nova tecnologia para inspeção de superfícies, baseado no conceito do Barkhausen Contínuo. São apresentadas análises de parâmetros de medição e de configuração de sonda, na inspeção sob três situações: presença de defeitos volumétricos, deformação plástica, e tensões mecânicas aplicadas. Estudou-se a influência de parâmetros como, amplitude do campo aplicado, velocidade de varredura, posicionamento e características do sensor, no nível de detecção do dano. Métodos de processamento de sinais específicos foram desenvolvidos. Os resultados mostraram, que para cada um dos casos estudados, é possível detectar a posição e nível do dano produzido. Essa nova tecnologia aumenta o espectro de soluções de Ensaios Não Destrutivos para problemas não contemplados pelos métodos existentes. / This work studies the application of a non-destructive testing method, based on the Magnetic Barkhausen Noise (MBN). MBN is generated by abrupt changes in magnetization of ferromagnetic materials subjected to variable magnetic fields. These changes are affected by the presence and distribution of elastic stresses (compression and traction) in the material and by its microstructure. At first, the present study describes MBN measurements of stresses produced by bending and MBN measurements of hardness profiles, in steel samples. The influence of both, measurement parameters and signal analysis, in the quality of fault diagnosis is also analysed. In this context, regarding stress measurements, the MBN signal sensitivity to parameters like surface lamination direction, intensity and frequency of magnetic excitation field is studied. On the other hand, application of MBN to hardness measurements used Jominy essay samples presenting continuous hardness variation. In this case, samples of two different materials were employed and hardness measurements were obtained by HRC, MBN as well as by metallographic analysis techniques. Behaviour of different MBN signal parameters were correlated with obtained hardness measurements and micrography. MBN amplitudes were shown to be inversely proportional to hardness levels. Finally, the work describes a new surface inspection technology, based on the concept of Continuous Barkhausen. In this context, the study analyses probe configuration and measurement parameters, concerning inspection of surface fault from three different origins: volumetric, plastic deformation, applied mechanical stress. The influence of parameters like applied field amplitude, probe velocity, sensor position and characteristics, in detecting damage level was also evaluated. In particular, specific signal processing methods were developed. Results showed that, for each studied case, it is possible to detect damage position and level. This new technology increases the range of NDT essay solutions for problems not yet contemplated by existing methods.

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 185-190.

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Neste trabalho se estuda a aplicação de um método de Ensaio Não Destrutivo, baseado no Ruído Magnético de Barkhausen (RMB), na medição de falhas superficiais em aços. O RMB é gerado por abruptas mudanças na magnetização de materiais quando submetidos a campos magnéticos variáveis. Essas mudanças são afetadas pela microestrutura e a presença e distribuição de tensões elásticas (compressão e tração). Inicialmente apresenta-se um estudo de medições de tensões produzidas por flexão, e perfis de dureza, via RMB. Analisa-se a influência de parâmetros de medição e analise dos sinais, na qualidade do diagnostico. Analisou-se a sensibilidade dos sinais de RMB na medição de tensão a parâmetros tais como direção de laminação da chapa, intensidade e frequência de campo magnético de excitação. Nos estudos da aplicação do RMB em medições de dureza, se usaram amostras de ensaio Jominy, com variação contínua de dureza. Utilizou-se dois tipos de materiais e foram feitas medidas de dureza HRC, RMB e análise metalográfica. O comportamento de diferentes parâmetros dos sinais de RMB se correlacionou com as medições de Dureza e as micrografias obtidas. As amplitudes do RMB mostraram ser inversamente proporcionais aos níveis de dureza. Também se apresenta uma nova tecnologia para inspeção de superfícies, baseado no conceito do Barkhausen Contínuo. São apresentadas análises de parâmetros de medição e de configuração de sonda, na inspeção sob três situações: presença de defeitos volumétricos, deformação plástica, e tensões mecânicas aplicadas. Estudou-se a influência de parâmetros como, amplitude do campo aplicado, velocidade de varredura, posicionamento e características do sensor, no nível de detecção do dano. Métodos de processamento de sinais específicos foram desenvolvidos. Os resultados mostraram, que para cada um dos casos estudados, é possível detectar a posição e nível do dano produzido. Essa nova tecnologia aumenta o espectro de soluções de Ensaios Não Destrutivos para problemas não contemplados pelos métodos existentes. / This work studies the application of a non-destructive testing method, based on the Magnetic Barkhausen Noise (MBN). MBN is generated by abrupt changes in magnetization of ferromagnetic materials subjected to variable magnetic fields. These changes are affected by the presence and distribution of elastic stresses (compression and traction) in the material and by its microstructure. At first, the present study describes MBN measurements of stresses produced by bending and MBN measurements of hardness profiles, in steel samples. The influence of both, measurement parameters and signal analysis, in the quality of fault diagnosis is also analysed. In this context, regarding stress measurements, the MBN signal sensitivity to parameters like surface lamination direction, intensity and frequency of magnetic excitation field is studied. On the other hand, application of MBN to hardness measurements used Jominy essay samples presenting continuous hardness variation. In this case, samples of two different materials were employed and hardness measurements were obtained by HRC, MBN as well as by metallographic analysis techniques. Behaviour of different MBN signal parameters were correlated with obtained hardness measurements and micrography. MBN amplitudes were shown to be inversely proportional to hardness levels. Finally, the work describes a new surface inspection technology, based on the concept of Continuous Barkhausen. In this context, the study analyses probe configuration and measurement parameters, concerning inspection of surface fault from three different origins: volumetric, plastic deformation, applied mechanical stress. The influence of parameters like applied field amplitude, probe velocity, sensor position and characteristics, in detecting damage level was also evaluated. In particular, specific signal processing methods were developed. Results showed that, for each studied case, it is possible to detect damage position and level. This new technology increases the range of NDT essay solutions for problems not yet contemplated by existing methods.

Na atualidade, o estudo da transformação martensítica é de grande importância na área acadêmica e tecnológica, devido à aplicação de aços e ferros fundidos com estruturas martensíticas. O estudo dos fenômenos da transformação martensítica envolve vários pesquisadores no mundo e é objeto de eventos como o ICOMAT e ESOMAT. O presente trabalho acompanhou a transformação martensítica por meio de técnicas experimentais a temperaturas sub-zero em um aço AISI D2 e uma liga Fe-Ni-C previamente austenitizadas. A literatura indica que o tratamento a temperaturas sub-zero pode melhorar propriedades dos aços temperados e revenidos. Foi explorado o uso dos métodos de ruído magnético de Barkhausen (MBN), para detectar a transformação de fase da austenita para a martensita durante o resfriamento sub-zero das amostras, usando três diferentes configurações: a emissão de ruído Barkhausen convencional estimulada por um campo magnético alternado; o método de Okamura que é a emissão de ruído magnético medido embaixo de um campo fixo (DC); e uma nova técnica experimental, que mede a emissão magnética espontânea durante a transformação na ausência de qualquer campo externo. Os fenômenos associados com a transformação de fase também foram medidos por resistividade elétrica e as amostras resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Medições MBN no aço ferramenta AISI D2, austenitizadas a 1473K (1200C) e resfriadas a temperatura de nitrogênio líquido apresentaram uma mudança próximo de 225K (-48C) durante o resfriamento, que corresponde à temperatura Ms, como foi confirmado por medidas de resistividade. As medições da emissão de ruído magnético espontâneo, realizadas in situ durante o resfriamento da amostra imersa em nitrogênio líquido, mostraram que poderia ser detectado um fenômeno de estouro individual (burst), de forma similar às medições de emissão acústica (AE), o qual foi confirmado com a liga Fe-Ni-C. Este método de caracterização Spontaneous Magnetic Emission (SME) pode ser considerado uma nova ferramenta experimental para o estudo de transformações martensiticas em ligas ferrosas. Foi acompanhado o inicio da transformação martensítica por SME, em função do tamanho de grão, já que é conhecido pela literatura que o inicio da transformação martensítica (Ms), muda com a variação do tamanho de grão. / Martensitic transformations are of special interest both as an academic topic and as a technological issue, due to importance of steels and cast irons with martensitic structures. Studies of martensite transformation phenomena involve researchers all over the world and specific conferences and meetings, as ICOMAT and ESOMAT. The present work followed the martensitic transformation using different experimental techniques, during cooling at cryogenic temperatures samples of a AISI D2 cold work tool steel and also a Fe-Ni-C, previously austenitized. There are plenty of references in the literature suggesting that sub-zero cooling treatments could ameliorate the properties of quenched and tempered steels. The Magnetic Barkhausen Noise (MBN) method was applied during cooling to subzero temperatures of austenitic samples of a AISI D2 cold work tool steels (previously quenched from 1200ºC) and to a Invar-type Fe-Ni-C alloy. MBN is a non-destructive technique based on the detection of the signal generated when ferromagnetic materials are subjected to an oscillating external magnetic field. In order to study the austenite to martensite transformation, three different configurations were tested: conventional Barkhausen using an oscillating magnetic field, a method proposed by Okamura, which uses a fixed magnetic field and a new method that detects spontaneous magnetic emissions (SME) on the absence of any applied magnetic field. Other phenomena associated with the transformation were followed using electrical resistivity measurements, optical microscopy and X-ray diffraction. MBN measurements on a cold work tool steel AISI D2, austenitized at 1473K (1200ºC) and quenched to room temperature, made during further cooling to liquid nitrogen temperature, presented a clear change of signal intensity near 225K (-48ºC), corresponding to Ms temperature, as confirmed by resistivity measurements. The SME in situ measurements during cooling of samples in liquid nitrogen were able to detect single burst (landslide nucleation and growth) phenomena, in a manner similar to the Acoustic Emission (AE) measurements; these results have been confirmed also with measurements on a Fe-Ni-C alloy. The new Spontaneous Magnetic Emission (SME) characterization method can be considered a new experimental tool for the study of martensitic transformations in ferrous alloys. The beginning temperature for the martensitic transformation detected using SME, electric resistivity and MBN were compared with estimates using the Andrews empirical equation (linear, 1965) for the Ms temperature. The effect of the austenite grain size on the beginning of the martensitic transformation was studied using SME, as it is known that the Ms temperature depends on the austenite grain size.

Na atualidade, o estudo da transformação martensítica é de grande importância na área acadêmica e tecnológica, devido à aplicação de aços e ferros fundidos com estruturas martensíticas. O estudo dos fenômenos da transformação martensítica envolve vários pesquisadores no mundo e é objeto de eventos como o ICOMAT e ESOMAT. O presente trabalho acompanhou a transformação martensítica por meio de técnicas experimentais a temperaturas sub-zero em um aço AISI D2 e uma liga Fe-Ni-C previamente austenitizadas. A literatura indica que o tratamento a temperaturas sub-zero pode melhorar propriedades dos aços temperados e revenidos. Foi explorado o uso dos métodos de ruído magnético de Barkhausen (MBN), para detectar a transformação de fase da austenita para a martensita durante o resfriamento sub-zero das amostras, usando três diferentes configurações: a emissão de ruído Barkhausen convencional estimulada por um campo magnético alternado; o método de Okamura que é a emissão de ruído magnético medido embaixo de um campo fixo (DC); e uma nova técnica experimental, que mede a emissão magnética espontânea durante a transformação na ausência de qualquer campo externo. Os fenômenos associados com a transformação de fase também foram medidos por resistividade elétrica e as amostras resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Medições MBN no aço ferramenta AISI D2, austenitizadas a 1473K (1200C) e resfriadas a temperatura de nitrogênio líquido apresentaram uma mudança próximo de 225K (-48C) durante o resfriamento, que corresponde à temperatura Ms, como foi confirmado por medidas de resistividade. As medições da emissão de ruído magnético espontâneo, realizadas in situ durante o resfriamento da amostra imersa em nitrogênio líquido, mostraram que poderia ser detectado um fenômeno de estouro individual (burst), de forma similar às medições de emissão acústica (AE), o qual foi confirmado com a liga Fe-Ni-C. Este método de caracterização Spontaneous Magnetic Emission (SME) pode ser considerado uma nova ferramenta experimental para o estudo de transformações martensiticas em ligas ferrosas. Foi acompanhado o inicio da transformação martensítica por SME, em função do tamanho de grão, já que é conhecido pela literatura que o inicio da transformação martensítica (Ms), muda com a variação do tamanho de grão. / Martensitic transformations are of special interest both as an academic topic and as a technological issue, due to importance of steels and cast irons with martensitic structures. Studies of martensite transformation phenomena involve researchers all over the world and specific conferences and meetings, as ICOMAT and ESOMAT. The present work followed the martensitic transformation using different experimental techniques, during cooling at cryogenic temperatures samples of a AISI D2 cold work tool steel and also a Fe-Ni-C, previously austenitized. There are plenty of references in the literature suggesting that sub-zero cooling treatments could ameliorate the properties of quenched and tempered steels. The Magnetic Barkhausen Noise (MBN) method was applied during cooling to subzero temperatures of austenitic samples of a AISI D2 cold work tool steels (previously quenched from 1200ºC) and to a Invar-type Fe-Ni-C alloy. MBN is a non-destructive technique based on the detection of the signal generated when ferromagnetic materials are subjected to an oscillating external magnetic field. In order to study the austenite to martensite transformation, three different configurations were tested: conventional Barkhausen using an oscillating magnetic field, a method proposed by Okamura, which uses a fixed magnetic field and a new method that detects spontaneous magnetic emissions (SME) on the absence of any applied magnetic field. Other phenomena associated with the transformation were followed using electrical resistivity measurements, optical microscopy and X-ray diffraction. MBN measurements on a cold work tool steel AISI D2, austenitized at 1473K (1200ºC) and quenched to room temperature, made during further cooling to liquid nitrogen temperature, presented a clear change of signal intensity near 225K (-48ºC), corresponding to Ms temperature, as confirmed by resistivity measurements. The SME in situ measurements during cooling of samples in liquid nitrogen were able to detect single burst (landslide nucleation and growth) phenomena, in a manner similar to the Acoustic Emission (AE) measurements; these results have been confirmed also with measurements on a Fe-Ni-C alloy. The new Spontaneous Magnetic Emission (SME) characterization method can be considered a new experimental tool for the study of martensitic transformations in ferrous alloys. The beginning temperature for the martensitic transformation detected using SME, electric resistivity and MBN were compared with estimates using the Andrews empirical equation (linear, 1965) for the Ms temperature. The effect of the austenite grain size on the beginning of the martensitic transformation was studied using SME, as it is known that the Ms temperature depends on the austenite grain size.

"The CHTE surface hardening simulation tools, CarboNitrideTool© and CarbTool© have been enhanced to improve the accuracy of the simulation and to predict the microstructure and microhardness profiles after the heat treatment process. These tools can be used for the prediction of both gas and low pressure carburizing processes. The steel alloys in the data base include 10XX, 48XX, 51XX, 86XX, 93XX and Pyrowear 53. They have been used by CHTE members to design efficient carburizing cycles to maximum the profit by controlling the cost and time. In the current software, the model has successfully predicted the carbon concentration profiles for gas carburizing process and many low pressure carburizing processes. In some case, the simulation toll may not work well with the low pressure carburizing process, especially with AISI 9310 alloy. In the previous simulation, a constant carbon flux boundary condition was used. However, it has been experimentally proven that the flux is a function of time. The high carbon potential may cause soot and carbides at the outer edge. The soot and carbides will impede the diffusion of carbon during the low pressure carburizing process. The constant carbon flux cannot be appropriately used as the boundary condition. An improved model for the process is proposed. In the modeling, carbon potential and mass transfer coefficient are calculated and used as the boundary condition. CarbonitrideToolⒸ has been developed for the prediction of both carbon and nitrogen profiles for carbonitriding process. The microstructure and hardness profile is also needed by the industry. The nitrogen is an austenite stabilizer which result in high amount of retained austenite (RA). RA plays important role in the hardness. The model has been developed to predict the Martensite start temperature (Ms) which can be used for RA prediction. Mixture rule is used then to predict the hardness profiles. Experiments has been conducted to verify the simulation. The hardness profile is also predicted for tempered carburized alloys. Hollomon-Jaffe equation was used. A matrix of tempering experiments are conducted to study the Hollomon Jaffe parameter for AISI 8620 and AISI 9310 alloy. Constant C value is calculated with a new mathematical method. With the calculation result, the hardness profile can be predicted with input of tempering time and temperature. Case depth and surface hardness are important properties for carburized steel that must be well controlled. The traditional testing is usually destructive. Samples are sectioned and measured by either OES or microhardness tester. It is time consuming and can only be applied on sampled parts. The heat treating industry needs a physics based, verified simulation tool for surface hardening processes to accurately predict concentration profiles, microstructure and microhardness profiles. There is also a need for non-destructive measurement tool to accurately determine the surface hardness and case depth. Magnetic Barkhausen Noise (MBN) is one of the promising way to test the case depth and hardness. MBN measures the pulses generating by the interaction between magnetic domain walls in the ferromagnetic material and the pinning sites such as carbides, impurities and dislocation. These signals are analyzed to evaluate the properties of the carburized steel. "

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : Villeurbanne, INSA : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 220-234.

Este trabalho estuda a aplicação de um Ensaio Não-Destrutivo de Inspeção (ENDI), baseado na técnica Ruído Magnético de Barkhausen (RMB), na detecção de regiões não homogêneas em chapas de aços carbono. Apresentando os avanços no desenvolvimento de uma nova variante de ensaio não-destrutivo magnético, denominada Escaneamento Contínuo de Ruído Magnético de Barkhausen (ECRMB). O RMB é gerado por abruptas mudanças na magnetização de materiais magnéticos quando são submetidos a campos magnéticos variáveis. Essas mudanças são afetadas pela micro-estrutura e a presença e distribuição de tensões elásticas (compressão e tração), deformação plástica e alteração da micro-estrutura. Neste trabalho analisou-se a sensibilidade dos sinais de RMB na detecção de deformações plásticas em parâmetros tais como, frequência de campo magnético de excitação e a velocidade de movimentação da sonda. O comportamento do parâmetro RMSRMB dos sinais de RMB se correlacionou com a posição das regiões não homogêneas detectadas nas amostras. Sendo, contudo ainda feita uma avaliação da técnica aplicada para a medição, fazendo uma comparação dos resultados obtidos com a técnica de Ruído Magnético de Barkhausen Estático (RMBE) que é uma técnica já estabelecida na literatura. Os resultados mostraram, que para cada um dos casos estudados, é possível detectar a posição do dano produzido. Essa nova técnica aumenta o espectro de soluções de ENDI para problemas não contemplados pelas técnicas existentes. / This work the application of a technique of Non-Destructive Inspection Test (NDIT) based on the technical Magnetic Barkhausen Noise (MBN), the detection of non-homogeneous regions in sheets of carbon steels. It presents advances in the development of a new technique of magnetic non-destructive testing. Particularly a variant nominated Scanning Continuous Magnetic Barkhausen Noise (SCRMB). The MBN are generated by abrupt changes in the magnetization of materials when subjected to varying magnetic fields. These changes are affected by the microstructure and the presence and distribution of elastic stresses (compression and tension). We analyzed the sensitivity of the signal MBN detection plastic deformation on parameters such as magnetic field excitation frequency and the probe movement speed. The RMSMBN parameter behavior of MBN signals correlated with the position of non-homogeneous regions detected in the samples. An evaluation of the technique applied to the measurement was performed by making a comparison of the results obtained with MBNE technique, is a technique already established in the literature. The results showed that for each of the studied cases, it is possible to detect the position of the damage produced. This new technique increases the spectrum of NDIT solutions for problems not covered by existing techniques.

Este trabalho estuda a aplicação de um Ensaio Não-Destrutivo de Inspeção (ENDI), baseado na técnica Ruído Magnético de Barkhausen (RMB), na detecção de regiões não homogêneas em chapas de aços carbono. Apresentando os avanços no desenvolvimento de uma nova variante de ensaio não-destrutivo magnético, denominada Escaneamento Contínuo de Ruído Magnético de Barkhausen (ECRMB). O RMB é gerado por abruptas mudanças na magnetização de materiais magnéticos quando são submetidos a campos magnéticos variáveis. Essas mudanças são afetadas pela micro-estrutura e a presença e distribuição de tensões elásticas (compressão e tração), deformação plástica e alteração da micro-estrutura. Neste trabalho analisou-se a sensibilidade dos sinais de RMB na detecção de deformações plásticas em parâmetros tais como, frequência de campo magnético de excitação e a velocidade de movimentação da sonda. O comportamento do parâmetro RMSRMB dos sinais de RMB se correlacionou com a posição das regiões não homogêneas detectadas nas amostras. Sendo, contudo ainda feita uma avaliação da técnica aplicada para a medição, fazendo uma comparação dos resultados obtidos com a técnica de Ruído Magnético de Barkhausen Estático (RMBE) que é uma técnica já estabelecida na literatura. Os resultados mostraram, que para cada um dos casos estudados, é possível detectar a posição do dano produzido. Essa nova técnica aumenta o espectro de soluções de ENDI para problemas não contemplados pelas técnicas existentes. / This work the application of a technique of Non-Destructive Inspection Test (NDIT) based on the technical Magnetic Barkhausen Noise (MBN), the detection of non-homogeneous regions in sheets of carbon steels. It presents advances in the development of a new technique of magnetic non-destructive testing. Particularly a variant nominated Scanning Continuous Magnetic Barkhausen Noise (SCRMB). The MBN are generated by abrupt changes in the magnetization of materials when subjected to varying magnetic fields. These changes are affected by the microstructure and the presence and distribution of elastic stresses (compression and tension). We analyzed the sensitivity of the signal MBN detection plastic deformation on parameters such as magnetic field excitation frequency and the probe movement speed. The RMSMBN parameter behavior of MBN signals correlated with the position of non-homogeneous regions detected in the samples. An evaluation of the technique applied to the measurement was performed by making a comparison of the results obtained with MBNE technique, is a technique already established in the literature. The results showed that for each of the studied cases, it is possible to detect the position of the damage produced. This new technique increases the spectrum of NDIT solutions for problems not covered by existing techniques.