DE569175C - Procedure for testing ferromagnetic materials for anisotropy - Google Patents

Description

Verfahren zum Prüfen von ferromagnetischenWerkstoffen auf Anisotropie Die Erfindung betrifft ein einfach und mit geringen Hilfsmitteln durchzuführendes Verfahren, um Anisotropie in metallischen Werkstücken festzustellen. Unter Anisotropie ist dabei im weitgefaßten Sinne jede Abweichung von der vollkommen gleichmäßigen Gefügeausbildung, der gleichmäßigen Verteilung der Eigenschaften oder der gleichmäßigen Beanspruchung in den einzelnen Richtungen des Werkstückes verstanden. Diese Abweichungen sind bedingt sowohl durch die von Wachstumsbedingungen (Guß, Elektrolyse) und Verformung sowie Rekristallisation abhängige Faserstruktur, oder sie sind durch Einlagerungen und ungleichmäßige Verteilung von zweiten Gefügebestandteilen (Schlacken, Schweißnähte usw.) veranlaßt, ferner durch Störungen des Materialzusammenhangs durch Risse öder Hohlräume, schließlich durch ungleichmäßige Verteilung von inneren und äußeren Spannungen. Das Verfahren ist anwendbar auf alle ferromagnetischen Metalle und Legierungen.Method for testing ferromagnetic materials for anisotropy The invention relates to a simple and easy to carry out with little resources Method to determine anisotropy in metallic workpieces. Under anisotropy is in the broad sense any deviation from the perfectly uniform Structure formation, the even distribution of the properties or the uniform Understood stress in the individual directions of the workpiece. These deviations are conditioned by both growth conditions (casting, electrolysis) and deformation as well as recrystallization dependent fiber structure, or they are due to inclusions and uneven distribution of second structural components (slag, weld seams etc.), furthermore by disturbances of the material connection by cracks or or else Cavities, ultimately due to the uneven distribution of internal and external stresses. The process is applicable to all ferromagnetic metals and alloys.

Alle oben beschriebenen Einflüsse verändern die Kraftliniendichte in den ferromagnetischen Stoffen, sei es durch Änderung der Permeabilität oder des Kraftlinienweges. Das Verfahren beruht darauf, daß ein im Kraftfeld eines Magneten angebrachtes Werkstück sich in die Richtung des höchsten magnetischen Kraftflusses einzustellen sucht. Wird also das Werkstück leicht drehbar in dem Kraftfeld eines beliebigen Magneten angeordnet, so folgt es dieser Kraft Umgekehrt kann auch der Magnet leicht drehbar in die Nähe des Werkstückes gebracht werden. Die Einstellung des Magneten gibt dann ebenfalls die Richtung des größtmöglichen Kraftflusses in dem Werkstück an.All of the influences described above change the density of the lines of force in the ferromagnetic materials, be it by changing the permeability or the Line of force path. The method is based on the fact that one is in the force field of a magnet attached workpiece moves in the direction of the highest magnetic flux seeks to adjust. So the workpiece is easily rotatable in the force field of a Any magnet arranged, it follows this force Magnet can be easily rotated close to the workpiece. The setting of the magnet then also gives the direction of the greatest possible flow of force in the workpiece.

Dieses Verfahren hat den Vorzug, daß die Prüfung ohne jede Materialzerstörung an dem Werkstück beliebiger Abmessungen sowie beliebiger Anordnung, also auch zur Prüfung der Spannungsverteilung nach dem Einbau ange= wendet werden kann. Dies unterscheidet die :Methode insbesondere vorteilhaft von allen bisher bekannten Verfahren, wie Röntgenuntersuchung zur Feststellung der Faserstruktur, Ätzverfahren zur Feststellung der Kristallitenorientierung, Klangfiguren zur Feststellung von elektrischer Anisotropie, Ausdehnungsmessung bei hexagonalen Metallen zur Feststellung der Verformungsstruktur usw. Bei allen ist eine besondere Formgebung oder Veränderung des Werkstückes notwendig.This method has the advantage that the test can be carried out without any material destruction on the workpiece of any dimensions and any arrangement, including for Test of the voltage distribution after installation can be applied. This is different the: method particularly advantageous of all previously known methods, such as X-ray examination to determine the fiber structure, etching process to determine the crystallite orientation, sound figures to determine electrical anisotropy, Expansion measurement in hexagonal metals to determine the deformation structure etc. A special shape or modification of the workpiece is necessary for all of them.

Das Verfahren sei kurz an einem einfachen Ausführungsbeispiel erläutert. Es handelt sich darum, festzustellen, ob in einem Eisenblech unbekannter Vorbehandlung eine bevorzugte Kristallorientierung vorliegt oder ob das Gefüge vollkommen regellose Anordnung besitzt. Aus den Messungen von verschiedenen Forschern ist bekannt, daß die magnetische Durchlässigkeit in Einkristallen aus Eisen über einen bestimmten weiten H-Bereich (H = angelegtes Feld in Gauß) stark von der Orientierung abhängt. Ausgezeichnete Richtungen sind bekanntlich die Hauptachsen des Kristalls: die (ioo)-, (iio)- und (iii)-Richtung. Der (ioo)-Richtung kommt die höchste Permeabilität, also bei gleichbleibendem H die größte Induktion B, der (iii)-Richtung die geringste Permeabilität, also die geringste Induktion B zu. Legen wir das Feld parallel der ioo-Ebene an und bestimmen bei verschiedenen Feldstärken die in den einzelnen Richtungen der ioo-Ebene auftretende Induktion, so ergibt sich die durch Abb. i dargestellte Verteilung der Induktion. Die (iii) -Richtung ist in der dargestellten Ebene nicht enthalten, da sich diese auf die Raumachse bezieht. Zur Erledigung der oben gestellten Aufgabe schneiden wir aus dem Blech oder Band eine kreisrunde Scheibe aus und bringen sie gemäß der in Abb. 2 skizzierten Weise in das Kraftfeld eines Magneten. <V und S sind die Pole des permanenten oder elektrisch angeregten Magneten. Die Scheibe A ist leicht drehbar in dem Kraftfelde der beiden Pole so angebracht, daß die Kraftlinien parallel zur Blechebene verlaufen. Die Kraftlinienzahl ist gegeben durch ,u # H # q. In diesem Produkt bleibt bei der hier zur leichteren Übersicht gewählten Kreisform des Prüfstückes der Querschnitt q konstant, ferner ist H, da bei gleichbleibendem Feld gearbeitet wird, konstant. Der höchste Fluß ist also durch die Größe der Permeabilität gegeben. Besitzt das Blech vollkommen regellose Anordnung des Gefüges und damit vollständige Quasiisotropie für das magnetische Verhalten, so ist die Permeabilität in allen Richtungen gleich und mithin ist jede Lage der Scheibe in dem Kraftfelde gleich stabil. Liegt jedoch eine bestimmte Kristallebene und Kristallrichtung bevorzugt in der Blechebene, so wird sich die Scheibe in die Richtung der höheren Permeabilitätswerte einstellen, da diese Lage entsprechend der höheren Kraftliniendichte stabiler ist als die Lage in den benachbarten Richtungen. Zeigt die Scheibe eine ein- oder mehrmalige bevorzugte Einstellung, so ist damit das Vorliegen einer bestimmten Anisotropie bewiesen. Handelt es sich, wie in dem Ausführungsbeispiel angenommen ist, um eine Faserstruktur, so wird sich die Einstellung bei einer Verdrehung der Scheibe um 36o 'mit einer bestimmten Periodizität, die durch die Symmetrieeigenschaften der betreffenden Kristallform gegeben ist, wiederholen. Werden beispielsweise die beim Eisen vorliegenden Verhältnisse zugrunde gelegt, so tritt eine viermalige Einstellung in Abständen von je go° ein, wenn die Würfelflächen der Kristalle bevorzugt in der Walzebene liegen. Bei der iii-Ebene wurde eine sechsmaligeEinstellung entsprechend der Symmetrie der Ebenen bei jedesmaliger Verdrehung der Scheibe um 6o' beobachtet. Es ist also ohne weiteres durch einfache qualitative Beobachtung sowohl die Feststellung der Anisotropie als auch der Art der Anisotropie möglich. Da es sich um eine integrale Methode handelt, können im Gegensatz zum Röntgenverfahren bereits die geringste Anisotropie, also die ersten Anfänge bzw. die letzten Reste einer Faserstruktur festgestellt werden. Durch einfache Überlegungen bzw: Rechnungen, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, läßt sich ferner zeigen, daß die Größe der eingetretenen Gleichrichtung sowie der Überlagerung von verschiedenen Strukturen bestimmt werden kann, und zwar durch Messung der Kraft, mit der das Blech in die stabile Lage gezogen wird, sowie durch Bestimmung des Winkelbereiches der jeweiligen Einstellung.The method will be explained briefly using a simple exemplary embodiment. It is a matter of determining whether there is a preferred crystal orientation in an iron sheet with an unknown pretreatment or whether the structure has a completely random arrangement. It is known from measurements by various researchers that the magnetic permeability in single crystals of iron depends strongly on the orientation over a certain wide H range (H = applied field in Gauss). Excellent directions are known to be the main axes of the crystal: the (ioo), (iio) and (iii) directions. The (ioo) -direction has the highest permeability, i.e. if H remains the same, the greatest induction B, and the (iii) -direction has the lowest permeability, i.e. the lowest induction B. If we apply the field parallel to the ioo plane and determine the induction occurring in the individual directions of the ioo plane at different field strengths, the result is the distribution of the induction shown in Fig. I. The (iii) direction is not included in the plane shown, since it relates to the spatial axis. To accomplish the above task, we cut a circular disc out of the sheet metal or strip and place it in the force field of a magnet as shown in Fig. 2. <V and S are the poles of the permanent or electrically excited magnet. The disc A is easily rotatable in the force field of the two poles so that the lines of force run parallel to the plane of the sheet. The number of lines of force is given by, u # H # q. In this product, with the circular shape of the test piece chosen here for a better overview, the cross-section q remains constant; furthermore, H is constant, since work is carried out with a constant field. The highest flow is therefore given by the size of the permeability. If the sheet metal has a completely random arrangement of the structure and thus complete quasi-isotropy for the magnetic behavior, then the permeability is the same in all directions and consequently every position of the disk in the force field is equally stable. If, however, a certain crystal plane and crystal direction is preferably in the sheet metal plane, the disk will adjust itself in the direction of the higher permeability values, since this position is more stable than the position in the adjacent directions, corresponding to the higher density of force lines. If the disk shows a preferred setting one or more times, the existence of a certain anisotropy is proven. If it is a fiber structure, as assumed in the exemplary embodiment, the setting will be repeated when the disk is rotated by 36o 'with a certain periodicity which is given by the symmetry properties of the crystal shape in question. If, for example, the conditions prevailing for iron are taken as a basis, a four-fold adjustment occurs at intervals of g ° each, if the cube surfaces of the crystals are preferably located in the rolling plane. In the case of the iii plane, a six-time adjustment corresponding to the symmetry of the planes was observed each time the disk was rotated by 6o '. It is therefore easily possible to determine both the anisotropy and the type of anisotropy by simple qualitative observation. Since this is an integral method, in contrast to the X-ray method, even the slightest anisotropy, i.e. the first beginnings or the last remnants of a fiber structure, can be determined. By simple considerations or calculations, which will not be discussed in detail here, it can also be shown that the size of the rectification that has occurred and the superposition of various structures can be determined by measuring the force with which the sheet metal enters the stable position is drawn, as well as by determining the angular range of the respective setting.

Die Bestimmung einer Spannung ist ebenfalls sehr einfach. Wird z. B. ein Nickelblech in einer Richtung durch Zug verspannt, so stellt sich die Scheibe senkrecht zu der ausgeübten Spannung ein; bei Eisen stimmt die stabile Lage mit der Zugrichtung überein. Dies entspricht dem verschiedenen Verhalten des Eisens und des Nickels gegenüber einer Zugbeanspruchung. Beim Eisen wird die Permeabilität bis zu gewissen Feldstärken erhöht, bei Nickel erniedrigt. Wechselt der Einfluß mit steigendem Beanspruchungsgrad, tritt also ein Villaripunkt auf, so springt die Einstellung bei einer bestimmten Spannung in die um go ° versetzte Lage um. Sind diese Verhältnisse bekannt - und das gilt für einen großen Teil der wichtigsten magnetischen 'Werkstoffe -, so kann aus dem Verhalten des Materials bei einer vorgegebenen und gegebenenfalls systematisch variierten äußeren Spannung die chemische Zusammensetzung abgeleitet werden.Determining a voltage is also very easy. Is z. B. tensioned a nickel sheet in one direction by train, so the disc turns perpendicular to the applied stress; in the case of iron, the stable position is a factor the direction of pull. This corresponds to the different behavior of iron and the nickel against tensile stress. In the case of iron, the permeability is Increased up to certain field strengths, decreased in the case of nickel. The influence changes with increasing degree of stress, i.e. if a villari point occurs, the jumps Adjustment at a certain voltage to the position offset by go °. Are these ratios are known - and that applies to a large number of the most important ones magnetic 'materials - so can from the behavior of the material at a given and if necessary, external stress systematically varied the chemical composition be derived.

Der Einfachheit halber ist bei den angeführten Beispielen die Anordnung: bewegliche Kreisscheibe, feststehender Magnet gewählt worden. Es ist wohl ohne weiteres klar, daß die Umkehrung des Verfahrens und die Anwendung auf beliebig gefofmte Werk- bzw. Prüfstücke möglich ist. Für einen quantitativen Vergleich der Permeabilitätswerte in zwei Richtungen eines Bleches hat sich z. B. das Einbringen eines entsprechenden Blechausschnittes (bei Vergleich der senkrecht zueinander stehenden Richtung beispielsweise eines Kreuzes) in das Magnetfeld und die Beobachtung dessen Einstellung als vorteilhaft erwiesen. Dieses Kreuz bzw. Blechausschnitt kann auch aus zwei Streifen zweier verschiedener Materialien zusammengesetzt werden; die Einstellung bei den verschiedenen Feldstärken gibt dann Auskunft über die relative Güte der Materialien. Ferner ist es klar, daß jedes andere Verfahren, das in einfacher ''Weise die magnetische Anisotropie festzustellen gestattet, mit zur Auswertung herangezogen werden kann.For the sake of simplicity, the arrangement in the examples given is: Movable circular disc, fixed magnet have been chosen. It is probably straightforward it is clear that reversing the process and applying it to any form of work or test pieces is possible. For a quantitative comparison of the permeability values in two directions of a sheet has z. B. the introduction of a corresponding Sheet metal cutout (when comparing the perpendicular directions, for example of a cross) into the magnetic field and observing its setting as advantageous proven. This cross or sheet metal cutout can also consist of two strips of two different Materials are composed; the setting for the different field strengths then provides information about the relative quality of the materials. It is also clear that any other method which can determine the magnetic anisotropy in a simple '' way allowed can also be used for evaluation.

Der Wert des Verfahrens braucht ebenfalls nicht eingehend erörtert zu werden, er ergibt sich aus der oben angegebenen großen Anwendbarkeit der Methode. Es seien hier nur zwei Beispiele erwähnt. Bei der Abnahme mehrerer Chargen Tiefziehbleche zeigte das Verfahren ohne weiteres, welche Bleche zu der unerwünschten Zipfelbildung neigten und welche Bleche beim Tiefziehen einen geraden Rand haben würden. Die ersten waren magnetisch anisotrop, damit ist also in Übereinstimmung mit den bisher unerwiesenen Annahmen klar gezeigt, daß die Zipfelbildung durch Faserstruktur verursacht wird. Es ergah sich für die Bleche eine viermalige Einstellung bei Drehung um je 9o °. Es lag also eine zoo-Ebene bevorzugt in der Walzebene, die Zipfelbildung erfolgte in der (roo)-Richtung. Durch mehrere Stichproben wurde die zur vollständigen Isotropie notwendige Glühbehandlung festgestellt; beim Ziehen der entsprechend vorbehandelten Bleche trat keine Zipfelbildung mehr auf.The value of the process does not need to be discussed in detail either to become, it results from the great applicability of the method given above. Only two examples are mentioned here. When purchasing several batches of deep-drawn sheets the process readily showed which metal sheets cause the undesirable earing inclined and which sheets would have a straight edge when deep drawing. The first were magnetically anisotropic, so it is in agreement with the previously unproven Assumptions clearly demonstrated that earing is caused by fibrous structure. There was a four-time adjustment for the sheets by rotating each 90 °. So there was a zoo level, preferably in the rolling level, where the formation of lobes took place in the (roo) direction. Several random samples turned this into complete isotropy necessary annealing treatment determined; when pulling the appropriately pretreated Sheet metal no more earing occurred.

Am Dynamoblech wurde festgestellt, daß nach der üblichen Glühbehandlung noch eine geringe Faserstruktur vorliegt. Die Richtungen der höchsten Permeabilität waren gleichzeitig durch die Einstellung bestimmt und danach konnten Anweisungen gegeben werden, in welcher Richtung die für Spezialapparaturen bestimmten Kernblechstreifen aus der Tafel ausgestanzt werden mußten. Das Verfahren gestattet ferner unter Zuhilfenahme der sonst üblichen Methoden wie unter Verwertung der an Einkristallen gesammelten Erkenntnisse, für den jeweiligen Verwendungszweck die zur Erreichung des günstigsten Gefügezustandes - sei es die vollständige isotrope Anordnung, sei es die Einordnung der Ebene leichtester Magnetisierbarkeit parallel zu den Kraftlinien - brauchbarste Arbeitsweise zu bestimmen und die Erreichung des gewünschten Zustandes festzustellen.It was found on the dynamo sheet that after the usual annealing treatment there is still a slight fiber structure. The directions of the highest permeability were determined at the same time by the setting and then instructions could be given the direction in which the core sheet strips intended for special equipment are given had to be punched out of the board. The procedure also allows with the help of the usual methods such as utilizing the collected monocrystals Findings for the respective purpose to achieve the most favorable State of the structure - be it the complete isotropic arrangement, be it the classification the plane of the easiest magnetizability parallel to the lines of force - most useful To determine the working method and to determine the achievement of the desired state.

Auf das große Anwendungsgebiet zur Überprüfung hochbeanspruchter Stahlbleche für Konstruktionszwecke, wo der geringste Materialfehler bzw. die geringste ungleichmäßige Belastung zur Gefährdung von Menschenleben führen kann, braucht wohl nur kurz hingewiesen zu werden.On the large area of application for checking highly stressed steel sheets for construction purposes, where the slightest material defect or the slightest uneven Exposure can lead to endangering human life only needs to be pointed out briefly to become.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum Prüfen von ferromagnetischen Werkstoffen auf Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegeneinander beweglicher Anordnung des Prüfstückes und eines Magneten die stabile gegenseitige Einstellung des Prüfstückes und des Magneten bzw. die Periodizität dieser Einstellung bestimmt und die Einstellkraft gegebenenfalls gemessen wird. Verfahren nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Prüfung einer äußeren Spannung unterworfen wird.PATENT CLAIMS: e.g. Procedure for testing ferromagnetic materials on anisotropy, characterized in that when the arrangement is movable relative to one another of the test piece and a magnet the stable mutual adjustment of the test piece and the magnet or the periodicity of this setting is determined and the setting force is measured if necessary. Method according to claim x, characterized in that that the workpiece is subjected to an external stress during the test.