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Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur simultanen Bestimmung der Textur und der Eigenspannungen in Feinblechen auf Basis der Bestimmung von Messgrößen der elektromagnetischen Ultraschallanregung

 
: Keffer, H.-J.

:
Fulltext urn:nbn:de:0011-n-716301 (22.9 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 92e6d319da7a5eb81d0797c1dc9ed885
Created on: 2.9.2009


Saarbrücken, 2007, 122 pp.
Saarbrücken, Univ., Dipl.-Arb., 2007
German
Thesis, Electronic Publication
Fraunhofer IZFP ()
Blech; dynamische Magnetostrikstions Messung; Eigenspannung; Textur

Abstract
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch Auswertung der Amplitude einer elektromagnetisch angeregten Ultraschallwelle in ferromagnetischen Feinblechen (man spricht auch von dynamischer Magnetostriktionsanalyse), deren Eigenspannungszustand mit sehr hoher Auflösung detektiert werden kann.
Dazu wurde ein Probensatz erstellt, der sich aus verschiedenen Güten und Dicken zusammensetzte. Es wurden Zugproben angefertigt, deren Zugrichtung entweder 0°, 45° oder 90° zur Walzrichtung gelegt wurde. Es wurde also die gleiche praktische Vorgehensweise wie zur Bestimmung des Lankford-Koeffzienten gewählt.
Die Zugproben wurden unter einachsigem Zug mit definierter Spannung beziehungsweise Dehnung beaufschlagt. Parallel dazu wurden die Proben mit elektromagnetisch erzeugtem Ultraschall durchschallt. Es wurden zwei verschiedene Plattenwellen (Lamb und SH) verwendet. Durch Auswertung der Amplitude in Abhängigkeit der angelegten Magnetfeldstärke konnte die Spannungsempfindlichkeit in Abhängigkeit der Zugrichtung und des Wellen-Modes (bzw. Anregungsmechanismus) dargestellt werden. Beschränkt man die Kalibrierung auf eine Richtung zur Walzrichtung, so liegt die Empfindlichkeit der Lamb-Amplitude bei maximal 5 MPa. Die Reproduzierbarkeit zeigt Standardabweichungen von ca. 2 MPa. Eine Kalibrierung unter zusätzlicher Variation der Durchschallungsrichtung zur Walzrichtung verschlechtert die Auflösung auf Werte zwischen 10 und 50 MPa. Die Auflösung der SH-Amplitude liegt in der gleichen Grössenordnung. Die Werte zeigen lediglich etwas grössere Schwankungen. So bewegte sich der RMSE-Wert bei fester Zugrichtung zur Walzrichtung beispielsweise je nach Probe zwischen 2 und 11 MPa. Zusätzlich zum Zugversuch, wurden Proben angefertigt, an denen durch schrittweise Veränderung des Winkels zwischen der Sender-Empfängerachse und der Walzrichtung Polfiguren aufgenommen wurden. Diese Polfiguren wurden sowohl zweidimensional, als auch dreidimensional dargestellt. Anhand der Polfiguren wurden die Textur und die Eigenspannungsverteilung abgeschätzt. Gleichzeitig wurde nach einer Möglichkeit gesucht, den Einfluss der Textur und der Eigenspannungsverteilung zu trennen. Als Referenzmessung zur Ermittlung der beiden Größen wurden Ultraschalllaufzeitmessungen durchgeführt. Mit Hilfe einer gezielten Auswertung bestimmter akustoelastischer Eigenschaften der Proben wurden Texturstärke und Eigenspannungsstärke als relativer Wert ermittelt.
Die Amplitudenauswertung der Lambwelle und die Laufzeitauswertung zeigen bezüglich der ermittelten Eigenspannungsstärke beim direkten Vergleich innerhalb des Probensatzes den gleichen Verlauf. Bei der Textur konnten keine eindeutigen Aussagen getroffen werden. Laufzeit und Amplitude ergaben keine eindeutige Übereinstimmung. Die Texturaussagen aus der Betrachtung der Amplitudenauswertung konnten nicht durch andere Verfahren veriziert werden. Im letzten Schritt der Arbeit konnte die Frage nach der angeblichen Spannungsunabhängigkeit der Amplitude bei Verwendung der SH-Welle beantwortet werden.
Aus der Darstellung der Amplitude geht eindeutig eine Spannungsabhängigkeit hervor. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen diese. Leider konnte bei diesem Mode keine zufriedenstellende Texturdarstellung gefunden werden. Eine Möglichkeit der Trennung von Textur und Spannung ist über eine Amplitudenauswertung einer elektomagnetischen Ultraschallwelle nicht möglich.
Abschließend kann gesagt werden, dass die dynamische Magnetostriktionsanalyse die Möglichkeit bietet, hochauflösend die Eigenspannungsverteilung in ferromagnetischen Blechen zu ermitteln. Eine Texturanalyse mit annähernd gleicher Auflösung wäre unter Anpassung des Auswertemechanismus durchaus möglich und bedarf weiterer Studien. Aufbauend auf die Erkenntnisse aus der vorliegenden Arbeit kann man folgern, dass die Möglichkeit besteht, mit geringem Zeitaufwand die Eigenspannungsverteilung in ferritischen Feinblechen über grosse Flächen, also auch über die komplette Blechbreite, zu ermitteln. Eine Verfeinerung der Prozesstechnik beim Herstellen von Bandstahl zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erfordert im Umkehrschluss ein Prüfverfahren mit dem entsprechenden Auflösungsvermögen, um dies zu erfassen. Die Genauigkeitsanforderungen der Technik an die blechherstellende Industrie werden immer grösser und spezifischer, so dass der Bedarf hochauflösender Prüfverfahren für beide Seiten ständig wächst. Nur die genaue Kenntnis des Eigenspannungszustandes des Bleches erlaubt eine präzise Handhabung des Halbzeugs in der Weiterverarbeitung.
Hier wäre als Beispiel der Wärmeverzug beim Schweissen zu nennen oder eine eventuelle Verringerung der Ermüdungsfestigkeit aufgrund von Eigenspannungen bei dynamischer Belastung. Das vorgestellte Prüfverfahren wäre in der Lage, den Spannungszustand sowohl in der laufenden Produktion als auch nach der Verarbeitung zerstörungsfrei mit hoher Genauigkeit zu detektieren.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-71630.html