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Jul 13, 2023

Influenza dello spessore, della densità e dell'allineamento delle pareti del dominio sull'emissione di rumore Barkhausen negli acciai bassolegati

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5687 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio riguarda la caratterizzazione di acciai bassolegati con diversi limiti di snervamento (che variano nell'intervallo 235–1100 MPa) tramite l'emissione di rumore Barkhausen. Lo studio indaga il potenziale di questa tecnica per distinguere tra gli acciai bassolegati e tutti gli aspetti significativi che contribuiscono al rumore Barkhausen, come lo stato tensionale residuo, la microstruttura espressa in termini di densità di dislocazione, dimensione del grano, fase prevalente, nonché aspetti associati della sottostruttura della parete del dominio (spessore delle pareti del dominio, energia, loro spaziatura e densità nella matrice). Il rumore di Barkhausen nella direzione di laminazione e trasversale cresce insieme al carico di snervamento (fino a 500 MPa) e al corrispondente affinamento del grano della ferrite. Non appena avviene la trasformazione della martensite in una matrice ad alta resistenza, questa evoluzione si satura e si sviluppa una notevole anisotropia magnetica quando il rumore di Barkhausen nella direzione trasversale cresce a scapito della direzione di rotolamento. Il contributo delle tensioni residue e dello spessore delle pareti del dominio è solo minore e l'evoluzione del rumore di Barkhausen è guidata dalla densità delle pareti del dominio e dal loro riallineamento.

Gli acciai bassolegati (LAS) a bassa, media o alta resistenza sono spesso utilizzati per molte applicazioni nell'industria automobilistica, civile (ponti), aerospaziale o petrolchimica1,2. Possedendo buona lavorabilità, formabilità a caldo e saldabilità, questi acciai sono molto spesso proposti per la produzione di componenti per il soddisfacente rapporto tra costo e proprietà funzionali. Una varietà di regimi termomeccanici in cui questi acciai possono essere prodotti consentono la personalizzazione della loro matrice rispetto alla resistenza alla fatica, alla resistenza all'attrito e all'usura da impatto, alla tenacità alla frattura, alla resistenza alla corrosione, ecc.1. I LAS sono oggetto di studi approfonditi al fine di comprendere meglio il complesso meccanismo della loro deformazione e di esplorare il contributo di alcuni aspetti che ne influenzano la funzionalità. Zhao et al.3 hanno corretto lo stress da flusso durante la formatura a caldo per eliminare il riscaldamento adiabatico e l'attrito. Li et al.4 hanno aumentato la resistenza del LAS ad alta resistenza mediante particelle circolari di TiC. Yu et al.5 hanno studiato la temprabilità del LAS ad alta resistenza rispetto alla sua cristallografia e la corrispondente durezza. Wang et al.6 hanno studiato la tenacità del LAS ad alta resistenza rispetto al contenuto di Cu. Alipooramirabad et al.7 hanno studiato il rilassamento della deformazione delle saldature in LAS ad alta resistenza in situ utilizzando la diffrazione di neutroni.

Il monitoraggio dei componenti realizzati in LAS dopo la lavorazione sarebbe utile per rivelare uno stato inaccettabile della microstruttura e/o uno stress residuo. Molte condizioni durante il processo di produzione vengono mantenute costanti, ma alcune di esse possono fluttuare in modo casuale o a causa dell'usura degli utensili da taglio, dell'eterogeneità dei corpi consegnati, ecc. Per questo motivo, una tecnica veloce e affidabile utilizzata per tale scopo potrebbe essere utile . I LAS sono corpi ferromagnetici contenenti una struttura di domini in cui i domini vicini sono separati da pareti di domini (DW). A causa della presenza di siti di fissaggio come precipitati, bordi di grano o grovigli di dislocazioni, il movimento dei DW sotto un campo magnetico che altera nel tempo non è regolare e avviene sotto forma di salti discontinui e irreversibili8,9. Sebbene ciascuna delle DW in movimento produca un impulso elettromagnetico, il movimento collettivo delle DW avviene sotto forma di valanghe a causa del loro raggruppamento10,11,12. Questi impulsi sovrapposti possono essere rilevati da un'apposita bobina sulla superficie libera come rumore magnetico di Barkhausen (MBN)9.

I LAS di forza variabile sono già stati studiati da MBN. Un precedente articolo13 descriveva l'indagine in situ e post-situ del MBN nel LAS con un carico di snervamento (σYS) di 235 MPa in funzione della deformazione plastica e riportava una significativa anisotropia magnetica nonché un'attenuazione del MBN come conseguenza dell’aumento della densità delle dislocazioni. Inoltre, Schmidova et al.14 hanno riportato una notevole anisotropia magnetica negli acciai interstiziali liberi (IF) oltre l'instabilità plastica. Antonio et al.15 hanno dimostrato che il grano e la corrispondente frammentazione della struttura del dominio influenzano l'MBN dopo la deformazione plastica. Piotrowski et al.16 hanno misurato l'evoluzione dell'MBN dopo la deformazione plastica in funzione della densità DW a 90° e 180°. Kikuchi et al.17 hanno scoperto che gli involucri MBN vengono spostati verso campi magnetici più elevati come risultato della struttura di dislocazione cellulare.