Abstract
A nondestructive testing method for the determination of the cementite content in iron-carbon steel and white cast iron is presented. The method is based on micromagnetic measuring parameters derived from inductive Barkhausen noise measurements taken under room temperature and with temperatures above the Curie temperature. The influence of different cementite contents and cementite modifications on the micromagnetic measuring quantities for steels with ferritic, pearlitic, martensitic annealed and martensitic soft annealed microstructure states and for white cast iron was determined. Cementite actively produces its own inductive Barkhausen noise and also influences the Barkhausen noise of the iron matrix both as a foreign body and by its stress fields of the second kind. Each influence has a different effect on steel and on white cast iron. It was shown that parameters derived from the Barkhausen noise can be used for determining the cementite content if the microstructure state is known. Moreover, when the steel grade is known, the microstructure state can be detected from the pattern of the Barkhausen noise curve by means of simple pattern recognition.
Similar content being viewed by others
References
L.M. Brown and R.K. Ham,Dislocation-Particle Interactions in Strengthening Methods in Crystals. A. Kelly, and R.B. Nicholson eds., Appl. Sci. Ltd., London (1971).
W. A. Theiner, B. Reimringer, H. Kopp, and M. Gessner,3MA-Testing Equipment. Application, Possibilities and Experiences Characterization of Materials (P. Höller, V. Hauk, G. Dobmann, C. Ruud, and R. Green, eds., Springer, Berlin, 1989).
I. Altpeter and G. Dobmann, Nondestructive characterization of textures in cold-rolled steel products using the magnetic technique.Int'l Symp. on Nondestr. Characterization of Mat.;6:807–816 (Oahu, Hawaii, 1993).
V. Hauk and G. Vaessen,Eigenspannungen Band I, Oberursel,2:9 (1983).
K. Herz, D. Kuppler, P. Deimel, and W.A. Theiner, Bestimmung der Mikrogefüge von Druckbehälterstählen mit magnetisch induzierten Meßgrößen. Proj. No. 150, 334, 3. Zwischenbericht der MPA-Stuttgart (1981).
M. Ron, Iron-carbon and iron-nitrogen systems in applications of Mössbauer,Spectroscopy, Cohen, ed., (Academy Press, New York),2:329 (1980).
F. Faber and U. Hartmann, Quantitative röntgenographische Phasenanalyse ams system, α-Fe/γ-Fe/Fe3CHärterei-Techn. Mitt. 27:233 (1972).
M. Kretschmer, G. Schmolke, K. H. Koch, Phasenanalyse mikrolegierter Stähle, Hoesch Hüttenwerke AG,ESTEL-Berichte aus Forschung und Entwicklung unserer Werke H.2:53 (1975).
A. Puskeppel and M. Harsdorff, Anwendung der quantitativen Bildanalyse bei der Auswertung elektronenmikroskopischer Hellfeldund Dunkelfeldaufnahmen,IMANCO, Fortschritte der quantitativen Bildanalyse p. 20 (1975).
F. Förster, Meßgerät zur schnellen Bestimmung magnetischer Größen.Z. Metallkunde 32:184 (1940).
F. Förster and K. Stambke, Magnetische Untersuchungen innerer Spannungen. I. Eigenspannungen-beim Recken von Nickeldraht.Z. Metallkunde. 33, (3):97, 114 (1941).
F. Förster and K. Stambke, Magnetische Untersuchungen innerer Spannungen. II. Eigenspannungen bei düsengezogenem Nickeldraht.Z. Metallkunde,33:104 (1941).
R.W. Leep and R.L. Pasley, Method and system for investigating the stress condition of magnetic materials. U.S. Patent No. 3.427.872 (February 18, 1969).
S. Hartmann and H. Ruppersberg, Thermal expansion of cementite and thermoelastic stresses in white cast iron,Mat. Sci. Engin. A190:231–239 (1995).
J.R. Barton and F.N. Kusenberger, Residual stresses in gas turbine engine components from Barkhausen noise analysis.J. Eng. for Power, p. 349, 357 (1974).
S. Tiitto, Über die zerstörungsfreie Ermittlung der Eigenspannungen in ferromagnetischen Stählen. Eigenspannungen.Berichte eines Symp. in Bad Nauheim (1979). Deutsche Gesellschaft für Metallkunde (Oberursel) p. 261–270 (1980).
Z. Pawlowski and R. Rulka,Measurement of Internal Stress Using Barkhausen Effect, VII. ICNdT, WarschauVortrag J-13 (1973).
G.A. Matzkanin, R.E. Beissner, and C.M. Teller, The Barkhausen effect and its applications to nondestructive evaluation. Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, NTIAC-79-2 (October 1979).
W. Jellinghaus, Weitere Messungen zu den physikalischen Eigenschaften des Zementits,Archiv für das Eisenhüttenwesen 38:488 (1967).
R. Conrad, R. Jonck, and W.A. Theiner, Zerstörungsfreie Ermittlung von wärmebeeinflußten Randschichten und deren Dicke.Härtereitechnische Mitteilungen 41 (4):213–218 (1986).
I. Altpeter, W.A. Theiner, R. Becker, W. Repplinger, and K. Herz, Eigenspannungsmessung an Stahl der Güte 22 NiMoCr 3 7 mit magnetischen und magnetoelastischen Prüfverfahren. 4.Int. Konf. über zerstörungsfreie Prüfung in der Kerntechnik, Lindau, (Mai 25–27, 1981). Berlin, DGZfP p. 321, 328 (1981).
W.A. Theiner and I. Altpeter, Eigenspannungsmessungen mit ferromagnetischen und magnetoelastischen Verfahren und deren Abhängigkeit vom Werkstoffzustand. 2. Europäische Tagung für zerstörungsfreie Prüfung, Wien (September 14–16, 1981).Vortrag C-6, p. 94, 96.
A. Seeger,Probleme der Metallphysik. (Springer-Verlag, Berlin 1966).
E. Kneller,Ferromagnetismus. (Springer-Verlag, Berlin 1962).
I. Altpeter, Spannungsmessung und Zementitgehaltsbestimmung in Eisenwerkstoffen mittels dynamischer magnetischer und magnetoelastischer Meßgrößen, Universität Saarbrücken, Technische Fakultät und Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP), Dissertation (1990).
F.D. Krüger, P. Veit, and H. Stroppe, Spektrale Auswertung von Barkhausen-Rauschsignalen. Wiss. Z. Techn. Univ. “Otto von Guericke”,Magdeburg,31: Heft (8), 1 (1987).
R. Brenner,Z. Angew. Phys. 7 (8):391 (1955).
V. Hauk and H.-J. Nikolin, The Evaluation of the Distribution of Residual Stresses of the I. Kind (RSI) and of the II. Kind (RSII) in Textured Materials.Textures and Microstructures,89:693 (1988).
F. Laszlo,J. Iron Steel Inst. 147:173 (1943).
B.P. Haigh,Trans. Faraday Soc. 20:153 (1924).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
This paper is dedicated to Prof. Dr. phil. Paul Hoeller († Feb. 21, 1996), former director of the IZFP. Prof. Hoeller supported especially the scientific research work described in this article.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Altpeter, I. Nondestructive evaluation of cementite content in steel and white cast iron using inductive Barkhausen noise. J Nondestruct Eval 15, 45–60 (1996). https://doi.org/10.1007/BF00729134
Received:
Revised:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00729134