Caractérisation des aciers par bruit Barkhausen (interaction microstructure cristalline/microstructure magnétique) : optimisation de la mise en œuvre pour un développement industriel : Application au contrôle des traitements superficiels
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
AThe Barkhausen noise is a promising technique for Non Destructive Evaluation, but its industrial development is limited, because the application to real case is delicate and the exploitation of the results sometimes difficult. The aim of this work is to propose an approach for the interpretation of the measurements in order to improve the reliability of the technique. In a first part, a critical study of the existing apparatus brought us to develop a constant magnetization speed excitation, which is essential for the exploitation of the peak shaped signal as a representation of the magnetisation process. Problems due to the industrial application are raised: the experimental parameters are studied in order to obtain an identical magnetic information in the case of industrial application as in the case of laboratory measurement. Then, for the explanation of the RMS Barkhausen signal as a function of the microstructural state of steel, we applied an approach based on the knowledge of the magnetic microstructure and of its reorganisation under an applied field. So, the elementary Barkhausen events are known in term of size and number, and it is possible to give a relationship between the measured signals and the metallurgical states of steel. This analysis is applied to four typical states of steel (ferrite, pearlite, martensite and tempered martensite) and then, to the following of microstructural evolutions (decomposition of martensite by tempering and evolution of the ratio ferrite/pearlite). Lastly, the preceding interpretations are used to explain the Barkhausen signals from superficially treated samples in order to show the capability of the technique to measure the treated depth in the case of induction hardening, ion nitrogen hardening and case hardening. Finally, a model of the phenomenon and of its propagation is introduced to link a magnetic perturbation m the material and its detection by a probe as an electric pulse. The use of this electric representation for the elementary event allow us to obtain a propagation law for the phenomenon, to link it with parameters representative of the material, and to explicit the measurement by an encircling coil.
Abstract FR:
Le bruit Barkhausen est une technique prometteuse d'Evaluation Non Destructive, mais son développement industriel reste limité par une mesure délicate à mettre en œuvre et une exploitation difficile des résultats. L'objectif de ce travail est de proposer une démarche d'interprétation des mesures dans le but d'améliorer. La fiabilité d'exploitation de la technique. En premier lieu, une étude critique de l'appareillage existant nous a amené à développer une excitation magnétique à vitesse de magnétisation constante, indispensable pour que la forme du signal soit représentative de l'activité Barkhausen pendant le processus d'aimantation. Nous avons aussi soulevé les problèmes posés par l'application industrielle de la technique : les conditions de mise en œuvre ont été étudiées afin d'obtenir une information magnétique identique dans des conditions de laboratoire et sur pièce industrielle. Ensuite, afin d'expliquer les signaux RMS Barkhausen selon la microstructure de l'acier, nous avons appliqué une démarche d'interprétation basée sur la microstructure magnétique et sa réorganisation sous l'effet d'un champ appliqué. Ainsi, les événements Barkhausen élémentaires peuvent être connus en nombre et en taille, et il est possible d'établir une corrélation entre les signaux mesurés et l'état métallurgique des aciers. Cette analyse, d'abord appliquée sur quatre états typiques des aciers (ferrite, perlite, martensite et martensite revenue), nous a ensuite permis de suivre des évolutions microstructurales (décomposition de la martensite par revenu et évolution du rapport ferrite/perlite). Enfin, les interprétations précédentes ont été utilisées pour la compréhension des signaux Barkhausen mesurés sur des échantillons traités superficiellement afin de montrer la faisabilité de la mesure d'épaisseur de traitement pour la trempe superficielle, la nitruration et la cémentation. Enfin, une modélisation du phénomène et de sa propagation dans le matériau cherche à relier une perturbation magnétique dans le matériau avec sa mesure. L'utilisation de cette représentation électrique de l'événement élémentaire permet d'introduire une loi de propagation du phénomène, de le relier avec des paramètres représentatifs du matériau, et d'expliciter la mesure par une bobine encerclant.