Studio del magnetismo intrinseco e della sua relazione con le proprietà meccaniche dell'acciaio tondo strutturale

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16078 (2022) Citare questo articolo

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Il magnetismo intrinseco è una proprietà importante dei materiali ferromagnetici. In questo studio, sono stati studiati l'intensità del campo magnetico interno (IMFI) e l'effetto magneto-meccanico interno (IMME) di Q390B in un campo strutturale per rilevare e verificare il magnetismo intrinseco in contesti strutturali. Nel test IMFI, il flusso magnetico è stato utilizzato per rilevare la variazione del campo magnetico per verificare l'esistenza del magnetismo. Nel test IMME è stato implementato un nuovo strumento per misurare la variazione magnetica nel campione Q390B senza flusso magnetico. Sulla base delle prove di carico di trazione ciclico a bassa frequenza (LFC), il magnetismo intrinseco è stato completamente descritto. I risultati sperimentali indicano che IMME mostra un grande potenziale e una maggiore efficienza negli studi sul magnetismo intrinseco e può essere promosso nel prossimo futuro.

Le proprietà magnetiche dei materiali sono ampiamente utilizzate in vari settori1,2,3,4. Ad esempio, il magnetismo viene utilizzato come metodo di prova non distruttivo per la costruzione di strutture in acciaio. Tuttavia, gli scarichi in acciaio strutturale possono guastarsi durante il servizio, il che può portare a disastri. Pertanto, il monitoraggio delle sollecitazioni degli elementi strutturali in acciaio è fondamentale. L'acciaio strutturale, un acciaio legato a basso tenore di carbonio per edifici e ponti, è un materiale ferromagnetico o materiale magnetico dolce3,5. Dopo la fusione, la saldatura e la produzione, i componenti in acciaio possono ottenere un certo magnetismo denominato magnetismo intrinseco. In recenti studi di ricerca, il magnetismo ha attirato molta attenzione ed è ampiamente utilizzato nei test non distruttivi sui materiali (NDT)6,7.

Basati sui processi di magnetizzazione negli acciai, gli approcci più diffusi includono il rumore magnetico di Barkhausen (MBN), la misurazione dell'isteresi magnetica (MHM), la memoria magnetica metallica (MMM) e i metodi di dispersione del flusso magnetico (MFL)4,8,9,10. La dipendenza intrinseca delle proprietà magnetiche dalla struttura atomica e dalla microstruttura porta ad una certa relazione tra proprietà magnetiche e sollecitazioni meccaniche11. La variazione magnetica nell'acciaio strutturale è sensibile ai difetti interni e ai carichi esterni. Sotto l'influenza delle sollecitazioni meccaniche, la variazione della magnetizzazione intrinseca è piezomagnetica per un materiale ferromagnetico. Nel 1865 Villari scoprì che il magnetismo è soggetto ad azioni meccaniche come tensione o compressione12,13. Il cambiamento nel magnetismo è stato causato dallo stress meccanico14. I risultati mostrano che la tensione strutturale dell’acciaio produce un aumento della magnetizzazione nei campi deboli e una diminuzione nei campi forti. Infatti lo stress dei materiali ferromagnetici viene valutato dalla variazione del campo magnetico. Lo stato di tensione dei materiali ferromagnetici può essere valutato dall'intensità del campo magnetico. Da allora, la connessione tra il campo piezomagnetico e lo stress applicato è diventata un argomento scottante6,15.

Per quanto riguarda l'origine dell'effetto magnetomeccanico, Jiles4,15 ha presentato una serie di test per l'effetto di sollecitazioni di trazione uniassiali fino a 85 MPa sull'attività di Barkhausen e sulle proprietà magnetiche degli acciai. Ha proposto una teoria del modello dell'effetto magnetomeccanico per MBN. Le pareti del dominio vengono sbloccate applicando uno stress che fa muovere le pareti modificando così la magnetizzazione. Dubov16 ha condotto uno studio sulle proprietà dei metalli con la tecnica dei test non distruttivi (NDT) utilizzando la memoria magnetica come metodo. Sablik et al.17,18 hanno studiato gli effetti dello stress biassiale sull'MHM dell'acciaio con il campo di stress e hanno chiarito la variazione delle proprietà magnetiche con la dimensione del grano e la densità di dislocazione considerate. Bulte et al.19 hanno presentato un'ipotesi per spiegare il meccanismo mediante il quale le sollecitazioni applicate esternamente possono influenzare le proprietà magnetiche dei materiali ferromagnetici. Secondo Leng et al.20,21, la risposta del segnale MMM alla deformazione plastica dell'acciaio a basso tenore di carbonio è stata esplorata mediante un'indagine sperimentale. Wang et al.7 hanno proposto un nuovo metodo per stimare la posizione della concentrazione dello stress e valutare l'entità del danno utilizzando una curva di gradiente.