TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Stegemann, Robert A1 - Löwe, Peter A1 - Kreutzbruck, M. T1 - The role of surface topography on deformation-induced magnetization under inhomogeneous elastic-plastic deformation N2 - It is widely accepted that the magnetic state of a ferromagnetic material may be irreversibly altered by mechanical loading due to magnetoelastic effects. A novel standardized nondestructive testing (NDT) technique uses weak magnetic stray fields, which are assumed to arise from inhomogeneous deformation, for structural health monitoring (i.e., for detection and assessment of damage). However, the mechanical and microstructural complexity of damage has hitherto only been insufficiently considered. The aim of this study is to discuss the phenomenon of inhomogeneous “self-magnetization” of a polycrystalline ferromagnetic material under inhomogeneous deformation experimentally and with stronger material-mechanical focus. To this end, notched specimens were elastically and plastically deformed. Surface magnetic states were measured by a three-axis giant magnetoresistant (GMR) sensor and were compared with strain field (digital image correlation) and optical topography measurements. It is demonstrated that the stray fields do not solely form due to magnetoelastic effects. Instead, inhomogeneous plastic deformation causes topography, which is one of the main origins for the magnetic stray field formation. Additionally, if not considered, topography may falsify the magnetic signals due to variable lift-off values. The correlation of magnetic vector components with mechanical tensors, particularly for multiaxial stress/strain states and inhomogeneous elastic-plastic deformations remains an issue. KW - Magnetic stray fields KW - Magnetomechanical effect KW - Damage KW - Topography KW - Multiaxial deformation KW - Notch KW - Plastic deformation KW - Metal magnetic memory KW - Digital image correlation KW - Structural steel PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-457878 DO - https://doi.org/10.3390/ma11091518 SN - 1996-1944 VL - 11 IS - 9 SP - 1518, 1 EP - 26 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-45787 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert A1 - Cabeza, Sandra A1 - Pelkner, Matthias A1 - Lyamkin, Viktor A1 - Sonntag, Nadja A1 - Bruno, Giovanni A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Evaluation of high spatial resolution imaging of magnetic stray fields for early damage detection N2 - The paper discusses the evaluation of elastic and plastic strain states in two low-carbon steels of the same steel group with high spatial resolution GMR (giant magneto resistance) sensors. The residual stress distributions of tungsten inert gas welded plates were determined by means of neutron diffraction as a reference. The normal component of local residual magnetic stray fields arise in the vicinity of the positions of maximum stress. The experiments performed on flat tensile specimen indicate that the boundaries of plastic deformations are a source of stray fields. The spatial variations of magnetic stray fields for both the weld and the tensile samples are in the order of the earths magnetic field. T2 - 43rd Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Volume 36 CY - Atlanta, Georgia, USA DA - 17.07.2016 KW - Plastic deformation KW - GMR KW - Neutron diffraction KW - Residual stress KW - Microstructure KW - Low carbon steel KW - TIG weld PY - 2017 SN - 978-0-7354-1474-7 DO - https://doi.org/10.1063/1.4974688 SN - 0094-243X VL - 1806 IS - 1 SP - Article UNSP 110010-1 EP - 10 PB - AIP Publishing CY - Melville, NY 11747 AN - OPUS4-39279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - Metal magnetic memory technique - prospects and restrictions N2 - Magnetic testing methods are frequently applied in non-destructive evaluation of ferromagnetic materials. In the past decade, metal magnetic memory (MMM) technique according to ISO 24497 is gaining considerable interest in the magnetic NDT community. In contrast to traditional Magnetic Flux Leakage (MFL) testing, the inspection objects are not intentionally magnetized by an external magnetic field. Due to physical coupling between mechanical stress and magnetization in ferromagnetic materials, it is assumed that the distribution of the “natural” MFL (self-magnetic-leakage field, SMLF) indicate zones of different remanent magnetization, which in turn, correspond to the internal stress of specimen or in the most general sense to material degradation. Usually, MMM measurements are performed by relatively bulky magnetic inspection sensors providing a spatial resolution in millimetre range. High precision GMR (Giant Magneto Resistance) measurements in the micrometer regime along with image based representation and evaluation can provide a higher degree of information. We present a concise summary of a broader research project aimed at studying the correlation of magnetic structure and microstructure of steels. Particularly, we compare residual stress measurements in S235JR steel by means of neutron diffraction with high resolution magnetic field measurements. In addition, we discuss the influence of deformation-induced magnetization in plastically deformed specimens with and without notches due to various quasi-static and cyclic load levels. Furthermore, comparative measurements with common non-destructive testing methods are presented. Despite of a quantitative evaluation of material degradation, the in the field inspection by MMM remains problematic due to substantial influences on such as external magnetization, anisotropy of internal magnetization and material degradation, as well as geometry and surface effects of the inspection objects on SMFL signals. The prospects and restrictions of the MMM technique are discussed in this contribution. T2 - 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016) CY - Munich, Germany DA - 13.06.2016 KW - Materials characterisation KW - Standards and training (certification, qualification) KW - Residual stress KW - Magnetic testing KW - Neutron diffraction KW - GMR sensor (Giant Magneto Resistance) PY - 2016 AN - OPUS4-38356 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sonntag, Nadja A1 - Stegemann, Robert A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Kreutzbruck, Marc ED - Grellmann, W. ED - Frenz, H. T1 - Verformungsinduzierte Magnetisierung ferromagnetischer Stähle am Beispiel eines unlegierten Baustahls T1 - Deformation-induced magnetization of ferromagnetic steels exemplified by an unalloyed structural Steel N2 - Die zerstörungsfreie Detektion potenzieller Rissinitiierungsorte in unlegierten Baustählen und Pipelinestählen mit der Metal Magnetic Memory (MMM) Methode basiert auf der Messung schwacher magnetischer Streufelder, die sich im Zuge statischer oder zyklischer Belastung durch irreversible Änderungen der initialen magnetischen Mikrostruktur (Weiß’sche Bezirke) ausbilden. Spannungskonzentrationsstellen und höchst beanspruchte Werkstoffbereiche kleiner Dimensionen im ferromagnetischen Material können daher mit magnetischen Methoden detektiert werden. In einem klassischen Baustahl (S 235) werden mittels hochauflösender GMR-Sensorik Veränderungen der natürlichen Magnetfeldverteilung durch statische Zugbelastungen visualisiert. Ergänzende profilometrische Messungen veranschaulichen die prinzipielle Beteiligung geometrischer und topografischer Effekte an der Entstehung der sich unter plastischer Verformung ausbildenden Magnetisierungszustände des ferromagnetischen Materials. N2 - pipeline steels by the Metal Magnetic Memory (MMM) method is based on the measurement of weak magnetic stray fields, which are formed during static or cyclic loading by irreversible changes of the initial magnetic structure (magnetic domains). Therefore, stress concentration sites and highly stressed areas in small dimensions of ferromagnetic materials may be detected by magnetic methods. The changes of the distribution of the natural magnetic field by static tensile loading are detected by high resolution GMR sensors in conventional constructional Steel (S 235). In addition, profilometric measurements Show the general contribution of geometric and topographical effects to the development of the magnetic States formed during plastic deformation of a ferromagnetic material T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2014 - Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis - Werkstoffeinsatz, Qualitätssicherung und Schadensanalyse CY - Berlin, Germany DA - 04.12.2014 KW - MMM KW - 3D-GMR-Magnetometer KW - Topografie KW - Verformungsinduzierte Magnetisierung KW - Baustahl KW - 3D-GMR magnetometer KW - Topography KW - Deformation-induced magnetization KW - Construction steel PY - 2014 SN - 978-3-9814516-8-9 SN - 1861-8154 SP - 355 EP - 360 AN - OPUS4-32222 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - High resolution study of the metal magnetic memory technique N2 - The measurement of spontaneous magnetic stray fields of ferromagnetic materials is considered as a new method of non-destructive testing, the Metal Magnetic Memory method. Usually fluxgate sensors with spatial resolution in the order of a few millimeters are used as receivers. This contribution discusses the application of GMR (Giant Magneto Resistance) sensors with a spatial resolution in the micrometer range. Studies reveal that GMR sensors can detect clear demarcated plastic deformations in S235JR steel. Furthermore we present high spatial resolution magnetic measurements of deformation induced martensite formation of AISI 304 metastable austenitic steel for different deformation states. T2 - The International Conference on Diagnostics of Structures and Components using Metal Magnetic Memory Method CY - Budapest, Hungary DA - 19.05.2016 KW - GMR KW - Metal magnetic memory KW - Magnetic stray fields PY - 2016 AN - OPUS4-38132 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - Evaluation magneto-mechanischer Effekte in hochauflösenden Magnetfeldmessungen durch Neutronendiffraktion N2 - Die mechanische Spannung ist ein maßgeblicher Parameter ferromagnetischer Materialien. Wird ein solches Material unter die Curie Temperatur abgekühlt, zerfällt es spontan in nahezu selbstgesättigte magnetische Domänen. Diese Magnetisierung führt gleichzeitig zu einer Verformung der mit ihr gekoppelten Kristallgitter. Ein Effekt der auch reziprok gilt: wird die Gitterverformung durch eine Spannung behindert ändert sich zwangsweise der magnetische Zustand. Man kann annehmen, dass zwischen unterschiedlichen, für sich aber homogen verspannten Werkstoffbereichen, lokale magnetische Streufelder auftreten, weil magneto-mechanische Effekte eine Inkompatibilität der Domänenstruktur induzieren. Bekanntlich bilden sich Spannungsgradienten nach Schweißprozessen durch ungleichmäßigen Wärmeeintrag, thermischer Dehnung, und unterschiedlichen Abkühlraten aus. Unter dieser Prämisse untersuchen wir Wolfram-Inertgas geschweißte Blindnahtproben (250x100x4,8 mm^3) aus einem hypereutektoiden Baustahl. Der Spannungszustand der Proben wurde anhand von Neutronendiffraktometrie (ND) am Instrument E3 am Reaktor BERII (Helmholzzentrum Berlin, HZB) charakterisiert. ND ist ein Referenzverfahren für die quantitative Bestimmung von elastischen Dehnungen in kristallinen Materialien, deren Gitter selbst der Messmaßstab ist. Die Auswertung zeigt hohe Längsspannungen mit lokalen Maxima in Größenordnung von 600 MPa, die von umgebenen Druckspannungszonen kompensiert werden. Zur Detektion der magnetischen Kleinststreufelder verwenden wir speziell designte GMR-Sensorik (GMR - Giant Magneto Resistance), die aufgrund der geringen Größe ihrer aktiven Sensorelemente hohe Ortsauflösung mit Sensitivität vereint. Die Visualisierung der Messergebnisse lässt eine klare magnetische Mikrostruktur der Schweißnähte erkennen, in der die Streufelder lateral in Größenordnung des Erdmagnetfeldes variieren (~50 µT). Wir zeigen durch einen Vergleich beider Messverfahren, dass lokale magnetische Streufeldmaxima in hohem Maße mit den Spannungsgradienten übereinstimmen. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - WIG-Blindschweißnaht KW - GMR-Sensorik KW - Neutronendiffraktion KW - Eigenspannungen PY - 2017 AN - OPUS4-40370 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - Characterization of Residual Stress State on Intert Gas Welded Joints by Neutron Diffraction at E3 line T2 - 7th joint BER II and BESSY II User Meeting CY - Berlin DA - 2015-12-11 PY - 2015 AN - OPUS4-35070 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - Evaluation magneto-mechanischer Effekte in hochauflösenden Magnetfeldmessungen durch Neutronendiffraktion N2 - Die mechanische Spannung ist ein maßgeblicher Parameter ferromagnetischer Materialien. Wird ein solches Material unter die Curie Temperatur abgekühlt, zerfällt es spontan in nahezu selbstgesättigte magnetische Domänen. Diese Magnetisierung führt gleichzeitig zu einer Verformung der mit ihr gekoppelten Kristallgitter. Ein Effekt der auch reziprok gilt: wird die Gitterverformung durch eine Spannung behindert ändert sich zwangsweise der magnetische Zustand. Man kann annehmen, dass zwischen unterschiedlichen, für sich aber homogen verspannten Werkstoffbereichen, lokale magnetische Streufelder auftreten, weil magneto-mechanische Effekte eine Inkompatibilität der Domänenstruktur induzieren. Bekanntlich bilden sich Spannungsgradienten nach Schweißprozessen durch ungleichmäßigen Wärmeeintrag, thermischer Dehnung, und unterschiedlichen Abkühlraten aus. Unter dieser Prämisse untersuchen wir Wolfram-Inertgas geschweißte Blindnahtproben (250x100x4,8 mm^3) aus einem hypereutektoiden Baustahl. Der Spannungszustand der Proben wurde anhand von Neutronendiffraktometrie (ND) am Instrument E3 am Reaktor BERII (Helmholzzentrum Berlin, HZB) charakterisiert. ND ist ein Referenzverfahren für die quantitative Bestimmung von elastischen Dehnungen in kristallinen Materialien, deren Gitter selbst der Messmaßstab ist. Die Auswertung zeigt hohe Längsspannungen mit lokalen Maxima in Größenordnung von 600 MPa, die von umgebenen Druckspannungszonen kompensiert werden. Zur Detektion der magnetischen Kleinststreufelder verwenden wir speziell designte GMR-Sensorik (GMR - Giant Magneto Resistance), die aufgrund der geringen Größe ihrer aktiven Sensorelemente hohe Ortsauflösung mit Sensitivität vereint. Die Visualisierung der Messergebnisse lässt eine klare magnetische Mikrostruktur der Schweißnähte erkennen, in der die Streufelder lateral in Größenordnung des Erdmagnetfeldes variieren (~50 µT). Wir zeigen durch einen Vergleich beider Messverfahren, dass lokale magnetische Streufeldmaxima in hohem Maße mit den Spannungsgradienten übereinstimmen. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - GMR-Sensorik KW - Neutronendiffratkion KW - Eigenspannungen KW - Baustahl PY - 2017 AN - OPUS4-40386 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stegemann, Robert T1 - Self-magnetic-leakage field detection using megneto-optical sensor technique T2 - 2nd International Symposium on Fatigue Design & Material Defects (FDMD II) CY - Paris, France DA - 2014-06-11 PY - 2014 AN - OPUS4-31617 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Heideklang, René A1 - Myrach, Philipp A1 - Onel, Yener A1 - Pelkner, Matthias A1 - Pohl, Rainer A1 - Stegemann, Robert A1 - Ziegler, Mathias A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Vergleich konventioneller und neuer Oberflächenprüfverfahren für ferromagnetische Werkstoffe N2 - Sicherheitsrelevante und zyklisch hoch belastete Bauteile erfordern zur Vermeidung von kostenintensiven Ausfällen besonders stabile Prozessparameter. Bereits sehr kleine Randzonenfehler können unter zyklischer Bauteilbelastung zu Risswachstum und letztendlich zum Bauteilversagen führen. Die frühzeitige Erkennung von Randzonenfehler in Hochleistungsbauteilen wie z.B. Zahnräder, Ritzelwellen und Kurbelwellen erfordert daher eine leistungsfähige zerstörungsfreie Oberflächenrissprüfung, die es ermöglicht in den hochbeanspruchten Funktionsflächen auch Härterisse, Schleifrisse oder Zundereinschlüsse zu detektieren. Hierzu sind in den letzten Jahren einige neue, innovative Oberflächenprüfverfahren wie die laserangeregte Thermografie und die Streuflussprüfung mit hochauflösenden GMR-Sensoren oder magnetooptischen Verfahren entwickelt worden. Zusätzlich zur hohen Empfindlichkeit zeichnen sich diese innovativen Verfahren durch einen schnellen und teils auch berührungslosen Einsatz aus. Da die noch relativ neu-en Verfahren naturgemäß noch nicht normativ verankert sind, wurden auch bereits erste Validierungen durchgeführt. Um die Leistungsfähigkeit der Verfahren eingehend zu untersuchen, erfolgten Testreihen an verschiedenen Testkörpern in Bezug auf Ortsauflösung, Empfindlichkeit, Automatisierung und Bewertung der Messsig-nale. Neben den neuen Verfahren und ihren ersten Schritten hin zur Validierung kamen als Referenz auch die „klassischen“ Verfahren der Magnetpulver- und Wirbelstromprüfung zum Einsatz, deren Leistungsfähigkeit durch angepasste Sondenentwicklung auch für sehr kleine Oberflächendefekte nochmals unter Beweis gestellt wurde. Zusätzlich wurde an einigen Testkörpern eine hochauflösende CT durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Vergleiches werden vorgestellt und Möglichkeiten sowie Grenzen der einzelnen Verfahren herausgearbeitet. T2 - DACH-Jahrestagung 2015 CY - Salzburg, Austria DA - 11.05.2015 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Oberflächenprüfung KW - Vergleichskörper 1 KW - Sichtprüfung KW - Magnetpulverprüfung KW - Streuflussprüfung KW - Farbeindringprüfung KW - Wirbelstromprüfung KW - Thermografie KW - Radiografie PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-344262 SN - 978-3-940283-68-9 IS - DGZfP BB 152 SP - Mi.2.B.4, 1 EP - 11 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-34426 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pelkner, Matthias A1 - Pohl, Rainer A1 - Erthner, Thomas A1 - Stegemann, Robert A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Sergeeva-Chollet, N. T1 - Eddy current testing with high-spatial resolution probes using MR arrays as receiver N2 - Magneto-resistive (MR) sensor arrays are suited for high resolution eddy current testing (ET) of aerospace components due to two significant advantages compared to conventional coil systems. First, to obtain high spatial resolution they can be manufactured down to the µm-regime without losing their outstanding field sensitivity. Secondly, MR technology has a relatively frequency-independent sensitivity in the range of common ET-frequencies thus providing a benefit for low frequency applications. This paper presents measurements using MR array probes consisting of 32 TMR-elements (tunnel magneto resistance), an ASIC, and subsequent readout components. A source for generating the eddy currents inside the material under test is also implemented onboard of the PCB. These probes were developed in the IMAGIC-project* for detection and imaging of surface breaking defects. The performance of the new sensor system has been investigated for several mock-ups, Aluminum and Titanium plate specimens having small adjacent boreholes with diameter of 0.44 mm and micro notches in the µm-range, respectively. To compare our results we used conventional eddy current probes. The MR sensor elements have a length of around 60 µm leading to a nearly 'point like' measurement. Neighbouring boreholes (depth 0.25 mm) with a separation of 0.6 mm between their centres could be resolved with a good SNR, and more important, the boreholes could be confidently distinguished using the TMR-probes. In case of conventional probes a reliable separation was not possible. In this paper we present the MR-ET-probes of the IMAGIC consortium and a comparison with conventional techniques. *The IMAGIC-project ('Integrated Magnetic imagery based on spIntronics Components', 2011 – 2014, project reference: 288381) was funded by the European Commission, Seventh Framework Programme. Further partners involved in the consortium beside BAM and CEA were INESC-ID and INESC-MN (Portugal), Sensitec GmbH (Germany), Tecnatom S.A. (Spain), and Airbus Group (France). T2 - 7th International symposium on NDT in aerospace CY - Bremen, Germany DA - 16.11.2015 KW - TMR KW - GMR KW - Sensor array KW - Eddy current testing (ET) KW - Aerospace PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-344254 SN - 978-3-940283-76-4 N1 - Serientitel: DGZfP-Proceedings – Series title: DGZfP-Proceedings IS - DGZfP-BB 156 SP - We.5.A.4, 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.v. (DGZfP) AN - OPUS4-34425 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -