구조 강이나 터빈로터 강의 기계적 물성은 자기적 특성과 관계되므로, 비파괴적으로 자기적 특성을 측정하여 기계적 물성을 평가하는 연구가 많이 수행되었다. 따라서 자동차용 강판으로 사용되는 냉연강판에서도 비파괴적으로 자기적 특성을 측정함으로써 냉연강판의 기계적 물성을 유추할 수 있을 것이고, 냉연강판 생산 라인에서 자기적 특성을 측정하여 온라인상에서 냉연강판의 기계적 특성을 모니터할 수 있을 것이다. 기계적 특성이 다른 세 종류의 냉연강판 CBQ 3060, CBQ 3041 및 CBQ 3036의 시편을 준비하고 교류 섭동 자기장을 인가하여 자기적 특성인 가역투자율을 비파괴적으로 측정함으로서 기계적 물성인 경도와의 상관관계를 규명하였다. 세 종류의 냉연강판 시편에서 기계적 물성인 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도를 측정하였다. 주파수가20 Hz일 때, surface type 프로브로 측정한 섭동자기장의 제 1차 고조파인 가역투자율의 피크 간 간격에서 구한 보자력은 비커스경도, 항복강도 및 인장강도가 증가할 때 선형적으로 증가하였다. 주파수 20 Hz에서 lift-off에 대한 가역투자율 측정을 하였는데,lift-off가 증가함에 따라 고조파의 amplitude가 급격히 감소하였다.
구조 강이나 터빈로터 강의 기계적 물성은 자기적 특성과 관계되므로, 비파괴적으로 자기적 특성을 측정하여 기계적 물성을 평가하는 연구가 많이 수행되었다. 따라서 자동차용 강판으로 사용되는 냉연강판에서도 비파괴적으로 자기적 특성을 측정함으로써 냉연강판의 기계적 물성을 유추할 수 있을 것이고, 냉연강판 생산 라인에서 자기적 특성을 측정하여 온라인상에서 냉연강판의 기계적 특성을 모니터할 수 있을 것이다. 기계적 특성이 다른 세 종류의 냉연강판 CBQ 3060, CBQ 3041 및 CBQ 3036의 시편을 준비하고 교류 섭동 자기장을 인가하여 자기적 특성인 가역투자율을 비파괴적으로 측정함으로서 기계적 물성인 경도와의 상관관계를 규명하였다. 세 종류의 냉연강판 시편에서 기계적 물성인 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도를 측정하였다. 주파수가20 Hz일 때, surface type 프로브로 측정한 섭동자기장의 제 1차 고조파인 가역투자율의 피크 간 간격에서 구한 보자력은 비커스경도, 항복강도 및 인장강도가 증가할 때 선형적으로 증가하였다. 주파수 20 Hz에서 lift-off에 대한 가역투자율 측정을 하였는데,lift-off가 증가함에 따라 고조파의 amplitude가 급격히 감소하였다.
Measurement methods in order to measure the mechanical properties nondestructively have been studied. The mechanical properties of the structural and turbine rotor steels are related with their magnetic properties. If the magnetic properties of the cold rolled carbon steel sheet (CR) for a car are m...
Measurement methods in order to measure the mechanical properties nondestructively have been studied. The mechanical properties of the structural and turbine rotor steels are related with their magnetic properties. If the magnetic properties of the cold rolled carbon steel sheet (CR) for a car are measured nondestructively, its mechanical properties are analogized by their magnetic properties. And then the mechanical properties are monitored on-line by measuring the magnetic properties. We prepared three CR materials, CBQ 3060, CBQ 3041, and CBQ 3036, were prepared in order to measure their mechanical and magnetic properties. The Vickers hardness,yield strength, and tensile strength were measured by ASTM E 8M, and the reversible magnetic permeability was measured by the surface type probe. The coercivity calculated by the peak interval of reversible magnetic permeability increased linearly with the increase of Vickers hardness, yield strength, and tensile strength. The amplitude of the peak interval of reversible magnetic permeability drastically decreased when the lift-off was increased.
Measurement methods in order to measure the mechanical properties nondestructively have been studied. The mechanical properties of the structural and turbine rotor steels are related with their magnetic properties. If the magnetic properties of the cold rolled carbon steel sheet (CR) for a car are measured nondestructively, its mechanical properties are analogized by their magnetic properties. And then the mechanical properties are monitored on-line by measuring the magnetic properties. We prepared three CR materials, CBQ 3060, CBQ 3041, and CBQ 3036, were prepared in order to measure their mechanical and magnetic properties. The Vickers hardness,yield strength, and tensile strength were measured by ASTM E 8M, and the reversible magnetic permeability was measured by the surface type probe. The coercivity calculated by the peak interval of reversible magnetic permeability increased linearly with the increase of Vickers hardness, yield strength, and tensile strength. The amplitude of the peak interval of reversible magnetic permeability drastically decreased when the lift-off was increased.
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문제 정의
루- 섭동자기장의 제 1차 고조파인 가역투자율을 비파괴적으로 측정한다. 그리고 가역투자율 피크 간의 간격 (Peak Interval of Reversible Magnetic Permeability: PIRMP)의 1/2 인 보자력으로 기계적 특성을 유추할 수 있는 상관관계를 구하고자 한다. 또한 교류 섭동자기장의 주파수에 대한 가역 투자율 변화도 측정하고, lift-ofi에 의한 가역투자율의 파형변화를 측정하고자 한다.
Surface type 프로브로 물성을 측정하는 경우 lift-o伍升 측정치에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 liR-of以卜 자기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 20 Hz의 주파수에서 lift-off가 증가함에 따라 가역투자율 변화의 두 피크 값을 평균하여 구한 값과 lift-off의 관계를 Fig.
그리고 가역투자율 피크 간의 간격 (Peak Interval of Reversible Magnetic Permeability: PIRMP)의 1/2 인 보자력으로 기계적 특성을 유추할 수 있는 상관관계를 구하고자 한다. 또한 교류 섭동자기장의 주파수에 대한 가역 투자율 변화도 측정하고, lift-ofi에 의한 가역투자율의 파형변화를 측정하고자 한다.
제안 방법
Surface type 프로브에 의한 영향을 측정하기 위하여 시편 면에 얇은 비닐(두께 : 5 卩m)을 겹쳐 시편과 프로브 사이의 일정 간격을 유지하게 하였다. Lift-off 간격은 5 pm, 20 pm, 40 pm, 60 gm 및 80 pm되게 하여 가역투자율을 측정하였다.
측정하였다 . Surface type 프로브로 교류 섭동 자기장의 주파수를 달리하면서 가역 투자율을 측정하였다.
의한 영향이 매우 크다. Surface type 프로브에 의한 영향을 측정하기 위하여 시편 면에 얇은 비닐(두께 : 5 卩m)을 겹쳐 시편과 프로브 사이의 일정 간격을 유지하게 하였다. Lift-off 간격은 5 pm, 20 pm, 40 pm, 60 gm 및 80 pm되게 하여 가역투자율을 측정하였다.
증가하였다. 각 주파수에서 보자력을 측정함으로서 기계적 물성인 비커스 경도를 비파괴적으로 평가할 수 있는 수식을 유도하였다. 주파수 20 Hz에서 lift-o的 대한 실험에서 가역투자율의 크기는 lift-off가 증가함에 따라 감소하였다.
본 연구팀은 Iron whisker에서 자구 동역학과 조화파의 종속성에 대해 연구하였고, 터빈 로터강에서 구한 제 1차 고조파에서 구한 보자력과 비커스 경도와의 관계를 이용하여 터빈 로터강의 열화도를 추정하였으며, 전기강판에서 응력에 대한 제 2차 고조파와의 관계를 이용하여 전기강판의 자기변형 측정법을 제안하였다. 또한 laser scribing한 전기강판에서 제 2차 고조파를 즉정하여 domain wall의 생성 및 소멸 자기장을 측정하였다[4-7].
立一루-브.루- 섭동자기장의 제 1차 고조파인 가역투자율을 비파괴적으로 측정한다. 그리고 가역투자율 피크 간의 간격 (Peak Interval of Reversible Magnetic Permeability: PIRMP)의 1/2 인 보자력으로 기계적 특성을 유추할 수 있는 상관관계를 구하고자 한다.
Willcock은 구조 강에서 측정한 자기이력곡선의 조화분석을 통하여 기수 조화파의 크기가 변형율에 반비례함을 밝혔다[2丄 KA1ST 연구팀은 3 % 전기강판에서 자화각도에 따른 2차 고조파의 종속성을 연구하였다[3]. 본 연구팀은 Iron whisker에서 자구 동역학과 조화파의 종속성에 대해 연구하였고, 터빈 로터강에서 구한 제 1차 고조파에서 구한 보자력과 비커스 경도와의 관계를 이용하여 터빈 로터강의 열화도를 추정하였으며, 전기강판에서 응력에 대한 제 2차 고조파와의 관계를 이용하여 전기강판의 자기변형 측정법을 제안하였다. 또한 laser scribing한 전기강판에서 제 2차 고조파를 즉정하여 domain wall의 생성 및 소멸 자기장을 측정하였다[4-7].
세 종류의 시편 CBQ 3060, CBQ 3041 및 CBQ 3036 을 준비하여 기계적 물성인 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도를 측정하였다 . Surface type 프로브로 교류 섭동 자기장의 주파수를 달리하면서 가역 투자율을 측정하였다.
직류는 I/O aquisition board(Natonal Instrument PCI-MIO-16XE-10, 16-bit resoluti이!)에서 발생한 파형을 전력 증폭기 (Tecron 7562)로 전력 증폭하여 인가하였고, 교류 자기장은 파형 발생기 (hp 3325B)에서 발생한 파형을 인가하였다. 탐지코일에 유도되는 가역투자율은 섭동자기장의 주파수를 참조신호 (reference signal)로 하여 lock-in 증폭기를 이용하여 즉정하였다. 시편은 최대 자기장이 84 0e이고, 주파수가 0.
3에 주어져 있다. 페라이트 코어에 탐지코일을 352회 권선한 후 교류 섭동 자기장 인가용 코일을 196회 권선하였으며, 마지막으로 직류자기장 인가용 코일을 107회 권선하였다. 직류는 I/O aquisition board(Natonal Instrument PCI-MIO-16XE-10, 16-bit resoluti이!)에서 발생한 파형을 전력 증폭기 (Tecron 7562)로 전력 증폭하여 인가하였고, 교류 자기장은 파형 발생기 (hp 3325B)에서 발생한 파형을 인가하였다.
1 kg衬 시험하중으로 12회씩 측정하여 최대값과 최저값을 제외한 10회 측정값의 평균을 취하였다. 항복강도 및 인장강도의 기계적 물성을 측정하기 위하여 ASTM E 8M에서 추천하고 있는 치수를 기준으로 wire cutting으로 가공하였으며, 가공된 시편의 치수는 Fig. 2와 같다. 본 실험에서는 전기식 screw type 인장시험기(MTS S1NTECH 5G 최대용량 30 kN)를 사용하였다.
대상 데이터
경도 측정을 위한 시편은 15mmX15mmXl mm 되게 wire cutting하여 SiC 사포 220번, 400번, 600번, 800번, 1, 000번 및 1, 200번 순서로 연마한 후, 6呻~1呻의 diamond paste로 최종 polishing하여 준비하■, 였다. 경도즉정은 Future tech 사(일본)에서 제쥐한 FM-7 마이크로 비커스 경도시험 기로 측정하였다.
2와 같다. 본 실험에서는 전기식 screw type 인장시험기(MTS S1NTECH 5G 최대용량 30 kN)를 사용하였다.
션트와 lock-in 증폭기로 읽은 값은 I/O aquisition board의 입력즉을 통하여 즉정한 후, 컴퓨터에서 데이타 처리하게 하였다. 사용한 시편의 치수는 12 mm(W)X 120 mm(L)X 1 mm(T)이고, wire cutting으로 가공하였다.
데이터처리
경도즉정은 Future tech 사(일본)에서 제쥐한 FM-7 마이크로 비커스 경도시험 기로 측정하였다. 1 kg衬 시험하중으로 12회씩 측정하여 최대값과 최저값을 제외한 10회 측정값의 평균을 취하였다. 항복강도 및 인장강도의 기계적 물성을 측정하기 위하여 ASTM E 8M에서 추천하고 있는 치수를 기준으로 wire cutting으로 가공하였으며, 가공된 시편의 치수는 Fig.
이론/모형
본 실험에서는 가역투자율을 측정하기 위하여 surface type 프로브를 사용하였으며, 그 개략도가 Fig. 3에 주어져 있다. 페라이트 코어에 탐지코일을 352회 권선한 후 교류 섭동 자기장 인가용 코일을 196회 권선하였으며, 마지막으로 직류자기장 인가용 코일을 107회 권선하였다.
성능/효과
경도가 증가함에 따라 가역투자율 변화의 크기는 감소하고, PIRMP은 증가한다. 본 연구에서는 가역투자율 변화의 크기보다 PIRMP에 보다 관심이 있으며 PIRMP는 보자력의 2배 이다. 그리고 Fig.
1 에서 설명한 방법으로 기계적 물성을 측정한 결과가 Table I에 주어져 있다. 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도는 CBQ 3060이 가장 적은 값을, CBQ 3036이 가장 큰 값을 가졌다. 비파괴적으로 기계적 물성을 측정하는 방법은 비커스경도이고, 비커스 경도를 측정하여 산업설비의 열화나 잔여 수명 평가에 이용하고 있다[11].
주파수가 20 Hz, 100 Hz 및 1kHz일 때 , PIRMP에서 구한 보자력은 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도가 증가할 때 선형적으로 증가하였다. 각 주파수에서 보자력을 측정함으로서 기계적 물성인 비커스 경도를 비파괴적으로 평가할 수 있는 수식을 유도하였다.
후속연구
보자력은 주자화자기장의 주파수가 증가하면 증가하는 것으로 알려져 있으나, 섭동주파수와는 무관하여야 할 것 £로 사료된다. 그러나 본 연구결과에서 보자력은 섭동주파수 20 Hz와 100 Hz에서는 변하지 않지만, 1 kHz에서는 감소하므로 앞으로 이에 대한 연구를 수행할 계획이다. Fig.
이 결과들은 냉연강판의 생산라인에서 온라인 상으로 기계적 물성을 측정할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (11)
K. Kwun and G. L. Burkhardt, NDT International, 20(3), 167 (1987)
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