Sử dụng nguyên lý Villari và kỹ thuật nhớ từ trong kiểm tra vật liệu từ chịu lực

60 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
CÔNG NGHỆ DẦU KHÍ
SỬ DỤNG NGUYÊN LÝ VILLARI VÀ KỸ THUẬT NHỚ TỪ TRONG KIỂM TRA 
VẬT LIỆU TỪ CHỊU LỰC 
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 8 - 2020, trang 60 - 66
ISSN 2615-9902
Nguyễn Thị Lê Hiền, Đoàn Thành Đạt, Lê Thị Phương Nhung
Viện Dầu khí Việt Nam
Email: hienntl@vpi.pvn.vn
Tóm tắt
Tập trung ứng suất là nguyên nhân chính gây hư hỏng cấu trúc kim loại. Trong vật liệu sắt từ, tập trung ứng suất làm thay đổi từ 
trường gần đó và được gọi là hiệu ứng từ giảo hay hiệu ứng Villari. Phương pháp kiểm tra cấu trúc kim loại chịu lực sử dụng kỹ thuật nhớ 
từ (metal magnetic memory - MMM) được phát triển dựa trên hiệu ứng Villari là kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mới, tiên tiến cho phép 
xác định vị trí tập trung ứng suất để dự báo sớm các hư hỏng tiềm ẩn đối với vật liệu sắt từ. 
Bài báo giới thiệu nguyên lý Villari và sự phát triển của kỹ thuật nhớ từ cùng với kết quả nghiên cứu thử nghiệm của Viện Dầu khí Việt 
Nam (VPI) về sử dụng kỹ thuật này để chế tạo thiết bị kiểm tra cấu trúc kim loại chịu lực.
Từ khóa: Hiệu ứng Villari, kỹ thuật nhớ từ, kiểm tra không phá hủy kim loại, tập trung ứng suất, hư hỏng cấu trúc.
1. Giới thiệu
Các chi tiết, cấu trúc kim loại và đường ống đều làm 
việc trong điều kiện chịu tải trọng và có thể bị phá hủy 
do mỏi sau thời gian vận hành. Quá trình phá hủy vật liệu 
kim loại do mỏi được chia thành 3 giai đoạn: (i) quá trình 
xuống cấp vật lý hoặc/và hóa học do hư hỏng cấu trúc 
vi mô, (ii) khởi tạo xuất hiện các vết nứt vĩ mô và (iii) các 
vết nứt phát triển dẫn đến phá hủy vật liệu kim loại. Các 
nghiên cứu chỉ ra rằng giai đoạn đầu tiên thường diễn ra 
chậm và kéo dài, có thể chiếm đến 90% thời gian làm việc 
của các chi tiết, thiết bị và đường ống kim loại và khoảng 
80% các sự cố, tai nạn kỹ thuật có nguyên nhân phá hủy 
do mỏi tại các vị trí tập trung ứng suất cục bộ. Phá hủy 
vật liệu do mỏi thường xảy ra ngay cả khi vật liệu làm việc 
với tải trọng dưới giới hạn chảy danh nghĩa của vật liệu, 
là dạng phá hủy không báo trước dẫn đến các thảm họa 
không mong muốn trong công nghiệp, đặc biệt nghiêm 
trọng trong công nghiệp dầu khí. 
Hiện tại có nhiều phương pháp đánh giá không phá 
hủy (non-destructive test, NDT) như: phương pháp siêu 
âm (ultrasonic testing, UT), phương pháp dòng xoáy 
(eddy current testing, EC), kỹ thuật kiểm tra rò rỉ dòng từ 
thông (magnetic flux leakage testing, MFL), siêu âm sóng 
dẫn hướng (LRGW), cho phép kiểm tra, đánh giá sự suy 
giảm chiều dày cũng như xuất hiện và phát triển của các 
vết nứt trên bề mặt đường ống, thiết bị và cấu trúc kim 
loại. Tuy nhiên, các phương pháp này đều có hạn chế nhất 
định và không phát hiện được các suy giảm, xuống cấp 
của vật liệu do các hư hỏng vi cấu trúc trong giai đoạn mỏi 
đầu tiên. Việc nghiên cứu ứng dụng những kỹ thuật có thể 
phát hiện và cảnh báo sớm các hư hỏng có ý nghĩa khoa 
học và thực tiễn lớn, cho phép dự báo tuổi thọ của các 
công trình kim loại, đảm bảo an toàn vận hành.
Hiệu ứng từ tính đàn hồi được phát hiện bởi nhà vật 
lý người Ý Emilio Villari năm 1865, là hiện tượng thay đổi 
trạng thái từ của vật liệu dưới tác động của lực cơ học. 
Hiệu ứng Villari cho phép xác định lực cơ học hoặc ứng 
suất thông qua việc đo từ tính của vật liệu [1]. Trên cơ sở 
hiệu ứng Villari, kỹ thuật nhớ từ đã được phát triển đầu 
tiên bởi tác giả A.A. Dubov (Nga) vào cuối những năm 90 
thế kỷ XX [2]. Kỹ thuật này giúp phát hiện các vị trí có hiện 
tượng tập trung ứng suất cục bộ trên các vật liệu sắt từ 
đang hoặc đã chịu tác động của lực cơ học bằng cách đo 
từ trường của vật liệu và mở ra phương pháp đánh giá 
không phá hủy mới, tiên tiến để xác định những vị trí này 
ngay tại các giai đoạn đầu tiên, trước khi khuyết tật vi mô 
xuất hiện. Đây là hướng nghiên cứu ứng dụng mới, đầy 
triển vọng đang được thế giới quan tâm nghiên cứu ứng 
dụng trong hơn 2 thập niên gần đây [3 - 12]. 
Ngày nhận bài: 21/5/2020. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 21/5 - 1/7/2020. 
Ngày bài báo được duyệt đăng: 20/7/2020.
61DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
PETROVIETNAM
2. Nguyên lý Villari và kỹ thuật nhớ từ
2.1. Nguyên lý Villari
Từ giảo (magnetostriction) là hiện tượng vật liệu từ tính có thể thay 
đổi hình dạng khi chịu tác động của từ trường và ngược lại. Từ giảo 
thuận là hiện tượng vật liệu kim loại thay đổi chiều dài khi chịu tác động 
của từ trường, được phát hiện đầu tiên bởi James Joule năm 1842. Hiện 
tượng này được minh họa đơn giản như Hình 1 [3]. Khi vật liệu kim loại 
ở trạng thái không từ hóa hoặc ở trạng thái từ hóa thấp, các domain 
từ (magnetic domain) được định hướng ngẫu nhiên. Dưới tác dụng của 
từ trường, các domain từ được sắp xếp theo hướng của từ trường áp 
đặt cho đến khi bão hòa. Ở trạng thái bão hòa, các domain từ được căn 
chỉnh, sắp xếp song song với từ trường áp đặt, kéo theo sự thay đổi kích 
thước của vật liệu.
Ngược lại với hiệu ứng Joule là hiện tượng từ giảo ngược, hiệu ứng 
từ tính đàn hồi hay hiệu ứng Villari [1]. Khi vật liệu từ chịu tác động của 
ứng suất cơ học, dẫn đến sự thay đổi từ hóa và kéo theo sự thay đổi từ 
trường xung quanh vật liệu. Sự thay đổi độ cảm từ (B) trong vật liệu sắt 
từ dưới ảnh hưởng của ứng suất cơ học (σ) có dạng điển hình như Hình 2.
Đặc tính của thay đổi độ cảm từ của vật liệu theo ứng suất tác dụng 
phụ thuộc vào dấu của đại lượng λsσ, với λs là hệ số từ giảo bão hòa của 
vật liệu và đặc tính thay đổi này tuân theo nguyên lý Le Chatelier như 
phương trình (1):
Trong đó: 
H: Từ trường ngoài; 
λ: Hệ số từ giảo đặc trưng cho sự thay 
đổi hình dạng (chiều dài hoặc thể tích) của 
vật liệu sắt từ dưới tác dụng của từ trường 
ngoài.
Khi λsσ dương, độ cảm từ tăng khi vật 
liệu chịu tác dụng của ứng lực và ngược 
lại khi λsσ âm, độ cảm từ giảm khi vật liệu 
chịu tác dụng của ứng lực. Với quy ước ứng 
suất kéo (σT) có giá trị dương và ứng suất 
nén có giá trị âm, trong vật liệu có hệ số từ 
giảo bão hòa λs dương, mật độ từ thông B 
sẽ tăng đối với ứng suất kéo  ... ộ giãn dài của mẫu trong quá trình tác động lực kéo sinh ra ứng suất trên mẫu thép # TSB. (a) ф12 mm, (b) ф16 mm và (c) ф18 mm [11]
Ứng suất
Giới hạn bền
Giới hạn chảy
Độ biến dạng
-600
-800
-1000
100
80
60
40
20
0
-400
-600
-800
120
80
40
0
-300
-600
-900
1200 
160
120
80
40
0
By
/m
Gs
By
/m
Gs
By
/m
Gs
Lự
c/k
N
Lự
c/k
N
Lự
c/k
N
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 20 40 60 80
Độ giãn dài/mm Độ giãn dài/mm Độ giãn dài/mm
(a) (b) (c)
63DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
PETROVIETNAM
trường tại cùng một điểm của mẫu sau khi bị phá hủy có sự khác biệt rất 
lớn so với trước khi bị phá hủy như trên Hình 5 với các điểm đo tương 
ứng như trên Hình 6 [11]. 
Khi đo độ tự cảm dọc theo mẫu thử nghiệm, tín hiệu từ trường tự 
cảm có xu hướng tăng gần như tuyến tính và tại mỗi điểm đo, các giá 
trị này gần như không đổi trong vùng biến dạng dẻo. Tại điểm mẫu bị 
phá hủy (tương ứng với ứng suất phá hủy), hình dạng đường cong độ 
tự cảm dọc theo vị trí mẫu khác so với mẫu trước khi bị phá hủy. Tại vị trí 
đứt mẫu, tín hiệu từ đổi chiều từ dương sang âm và có giá trị 0 tại biên 
điểm đứt mẫu.
Trong thực tế, để đảm bảo an toàn vận hành cho các công trình, đặc 
biệt đối với các cấu trúc chịu lực, thông thường vật liệu kim loại được 
thiết kế làm việc trong vùng đàn hồi. Nghiên cứu quy luật giữa SMFL - 
ứng suất trong vùng đàn hồi trên thép C45 cho thấy độ tự cảm từ tỷ lệ 
thuận với ứng suất kéo của mẫu thử nghiệm với hệ số góc ít phụ thuộc 
vào ứng suất cực đại như Hình 7 [9].
Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc xây dựng tương quan SMFL - 
ứng suất đối với mẫu vật liệu là cơ sở cho phép xác định được ứng suất 
thực tế các cấu trúc chịu lực đang chịu tải.
Ứng dụng hiệu ứng Villari nhằm phát hiện các vị trí có ứng suất tập 
trung, cho phép cảnh báo sớm các vị trí bất thường của đường ống, 
thiết bị là hướng nghiên cứu được quan tâm bởi nhiều nhà khoa học. 
D.L.Atherton đã phát triển kỹ thuật khảo sát đường ống bằng quy trình 
2 bước nhằm thu nhận các tín hiệu rò rỉ từ thông từ các bất thường bên 
trong và bên ngoài đường ống chịu áp lực. Đường ống được từ hóa bằng 
cách phóng thoi từ (magnetic pig) nhờ áp lực của đường ống. Ứng suất 
cục bộ bất thường bên trong đường ống thép 
do bị ăn mòn bên ngoài đường ống cũng có 
thể được thu nhận được như Hình 8 [12].
Khảo sát hiện trường trên cơ sở phân 
tích đánh giá sự biến thiên từ trường của 
đường ống bằng phần mềm cho phép 
chỉ ra các vùng tập trung ứng suất (stress 
concentration zone - SCZ), liên quan đến các 
vị trí khuyết tật của vật liệu [13]. Kết quả thu 
được khi sử dụng phóng thoi thông minh 
(ILI piging) cho thấy sự tương đồng với dữ 
liệu khảo sát, ngoài ra còn có thể chỉ ra các 
vị trí bất thường tập trung ứng lực, cho phép 
cảnh báo sớm nguy cơ hư hỏng đường ống 
(Hình 9 và 10). Điều đó minh chứng khả 
năng ứng dụng thực tế của phương pháp và 
mở ra các nghiên cứu tiếp theo nhằm hoàn 
thiện công nghệ. 
3.2. Nghiên cứu trong nước
Ở trong nước, việc nghiên cứu ứng 
dụng các phương pháp từ nhằm dự đoán 
các vị trí khuyết tật, hư hỏng vật liệu kim 
loại còn rất hạn chế, chủ yếu áp dụng các kỹ 
thuật đã được thương mại hóa và gần như 
chưa có các công bố hoặc ứng dụng liên 
quan đến kỹ thuật nhớ từ và hiệu ứng Villari 
cho khảo sát, dự báo các hư hỏng, khuyết 
tật của các đường ống, thiết bị áp lực. Trên 
cơ sở các công bố quốc tế, Viện Dầu khí Việt 
Nam (VPI) đang nghiên cứu nhằm chế tạo 
thiết bị thu nhận tín hiệu từ trường trái đất 
xung quanh các công trình kim loại chịu tải 
với mục tiêu phát hiện sự thay đổi từ trường 
trái đất xung quanh các vị trí vật liệu kim loại 
tập trung ứng suất và dự báo sớm hư hỏng 
vật liệu chịu áp.
Hình 6. Sự phân bố tín hiệu từ trước và sau khi bị phá hủy tương ứng với 3 loại thép thử nghiệm khác nhau (thép Q233 (a), thép 0,45%C (b) và thép 45CrNiMoVA (c)) [11] 
Hình 5. Hình dạng mẫu thử nghiệm và các vị trí thử nghiệm [11]
Điểm 1 
Đường 1
Đường 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
30 10
10
90
225
Điểm 10 
800
600
400
200
0
-200
-400
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500
-2000
Tín
 hi
ệu
 từ
 H
p (
y)
/(A
/m
)
Tín
 hi
ệu
 từ
 H
p (
y)
/(A
/m
)
Tín
 hi
ệu
 từ
 H
p (
y)
/(A
/m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Điểm đo Điểm đo Điểm đo
(a)433,3MPa 
440MPa 
446MPa - ứng suất gãy 
533,3MPa 
600MPa 
669,2MPa - ứng suất gãy 
1066,7MPa 
1133,3MPa 
1159,8MPa - ứng suất gãy 
(b) (c)
64 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
CÔNG NGHỆ DẦU KHÍ
3.2.1. Điều kiện thực nghiệm
Thiết bị đo từ trường được lắp ráp 
các đầu dò cảm biến 3 chiều có khả 
năng đo từ trường trái đất, được tích 
hợp bộ khuếch đại tín hiệu có khử 
nhiễu ở tần số điện lưới 50 - 60 Hz. Kết 
quả khảo sát được thu nhận và xử lý 
bằng phần mềm; dữ liệu đo được lưu 
lại trong máy tính, có thể chuyển sang 
dạng excel để phân tích, xử lý và vẽ đồ 
thị.
Thiết bị chế tạo được thử nghiệm 
đo từ trường trái đất gần mẫu thép chịu 
tác động của ứng suất kéo. Các mẫu thử 
nghiệm được chế tạo từ thép carbon 
thấp, có hình dạng tương tự mẫu thử 
nghiệm kéo, được gá trên thiết bị kéo 
cơ học có khả năng điều chỉnh tốc độ 
rất chậm. Đầu đo từ trường được bố trí 
gần mẫu thép và có thể di chuyển dọc 
theo mẫu thử nghiệm.
3.2.2. Kết quả thu được
Khảo sát sự biến thiên của từ 
trường gần mẫu thép khi bị kéo giãn 
tại vị trí cố định không có khuyết tật 
trên 2 mẫu có và không có khuyết tật 
(Hình 11). Kết quả thu được cho thấy 
sự biến thiên tín hiệu từ trường theo 
độ giãn dài của mẫu có tương quan 
tương tự như quan hệ giữa ứng suất 
và độ giãn dài của vật liệu đã được 
mô tả trong các thử nghiệm của Dong 
Lihong và các cộng sự [11].
Hình 7. Biến thiên SMFL theo ứng suất kéo của mẫu [9]
Hình 8. (a) Đường ống được chế tạo bất thường trong thử nghiệm của Atherton (b) Từ trường thu được dọc theo 
đường ống áp suất 180 MPa đã được từ hóa [12]
Hình 9. Đặc trưng kết quả khảo sát hiện trường [13]
(b)
10-4T
Bên trong(a)
Bên ngoài
500mm
ф 19mm ф 19mm ф 19mm ф 19mmChai cứng
12mm × 50mm
50mm × 12mm
-1,0
-1,2
-1,4
-1,6
-1,8
-2,0
-2,2
-0,6
-0,8
-1,0
-1,2
-1,4
-1,6
-1,8
-2,0
-2,2
-2,4
460MPa, 36kN 610MPa, 48kN
B = -2,357 + 0,0026σ B = -2,322 + 0,00266σ
σ (MPa) σ (MPa)
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 100 200 300 400 500 600 700
B (
10
-4
T)
B (
10
-4
T)
51,706
51,704
51,702
51,7
51,698
500
480
460
440
420
100
50
0
-50
-100
40
20
0
-20
-40
40
30
20
10
0
X1
X2
X3
Y1
Y2
Y3
Z1
Z2
Z3
X12
X23
X12
Y23
Z12
Z23
-3,63 -3,625 -3,62 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 
Kinh độ (độ) Khoảng cách (m)
Khoảng cách (m)
Khoảng cách (m)
X23
Khoảng cách (m)
Vĩ 
độ
 (đ
ộ)
Cư
ờn
g đ
ộ t
ừ t
rư
ờn
g (
μT
)
Ch
ên
h l
ệc
h t
ừ t
rư
ờn
g (
μT
/m
)
Ch
ên
h l
ệc
h t
ừ t
rư
ờn
g t
uy
ệt
 đố
i (μ
T/
m
)
Ca
o đ
ộ (
m
)
65DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
PETROVIETNAM
vị trí tập trung ứng lực như các khuyết tật, mất kim loại do 
ăn mòn
4. Kết luận
Kỹ thuật nhớ từ được phát triển trên cơ sở nguyên 
lý Villari là kỹ thuật mới được các nhà khoa học và công 
nghệ trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu, phát 
triển và ứng dụng như 1 phương pháp NDT tiên tiến, cho 
phép phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn tại các vị trí tập 
trung ứng suất. Các nghiên cứu bước đầu tại Viện Dầu khí 
Việt Nam đã cho phép chế tạo thiết bị có khả năng thu 
nhận các tín hiệu cũng như sự biến đổi từ trường xung 
quanh kim loại và có thể phát hiện các bất thường của các 
mẫu thử nghiệm kéo, cho phép mở ra hướng nghiên cứu 
ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp, đặc biệt đối với 
các thiết bị đường ống chịu áp lực khó tiếp cận trực tiếp. 
Tài liệu tham khảo
[1] E.Villari, “Change of magnetization by tension and 
by electric current”, Annals of Physics and Chemistry, Vol. 
126, pp. 87 - 122, 1865.
Dưới tác dụng của lực kéo, các domain từ trong mẫu 
kim loại chuyển từ trạng thái sắp xếp ngẫu nhiên sang 
trạng thái sắp xếp có trật tự nhằm đáp ứng sự giãn dài của 
mẫu, tương ứng với trạng thái kim loại trong vùng đàn 
hồi. Trong vùng này sự biến đổi từ trường tự cảm tăng dần 
theo độ giãn dài của mẫu. Khi các domain từ đạt trạng thái 
bão hòa, từ trường gần như không thay đổi mặc dù mẫu 
vẫn được kéo dài cho đến khi bị phá hủy.
Tại các ứng suất kéo không đổi, từ trường được đo tại 
các vị trí cố định dọc theo chiều dài của mẫu thử nghiệm 
đối với mẫu không có khuyết tật và mẫu có khuyết tật với 
vị trí khuyết tật được tạo tại chính giữa mẫu thử nghiệm 
(tương ứng với vị trí 0). Kết quả thu được như Hình 12.
Trên mẫu có và không có khuyết tật nhân tạo, từ trường 
được xác định dọc theo chiều dài của mẫu thử nghiệm tại 
ứng suất kéo tương ứng 50, 100 và 150 MPa cho thấy rõ sự 
khác biệt tại vị trí có và không có khuyết tật như Hình 12.
Kết quả thu được cho thấy thiết bị chế tạo có khả năng 
thu nhận các tín hiệu từ trường cảm ứng xung quanh kim 
loại từ chịu ứng lực, có thể phát hiện sự bất thường tại các 
Hình 10. Đặc trưng kết quả khảo sát hiện trường so sánh giữa MMM và ILI (đường đỏ) [13] Hình 11. Biến thiên SMFL theo độ giãn dài của mẫu thử nghiệm
Hình 12. Sự biến thiên từ trường dọc theo chiều dài của mẫu thử nghiệm không có khuyết tật (a) và có khuyết tật tại vị trí 0 (b)
195
200
205
210
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Từ
 tr
ườ
ng
 H
x (
A/
m
)
Độ biến dạng (mm)
Không khuyết tật
Khuyết tật
204
205
206
207
208
209
210
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Từ
 tr
ườ
ng
 H
x (
A/
m
)
Vị trí đo
50 Mpa
100 Mpa
150 Mpa
204
205
206
207
208
209
210
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Từ
 tr
ườ
ng
 H
x (
A/
m
)
Vị trí đo
50 Mpa
100 Mpa
150 Mpa
204
205
206
207
208
209
210
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Từ
 tr
ườ
ng
 H
x (
A/
m
)
Vị trí đo
50 Mpa
100 Mpa
150 Mpa
204
205
206
207
208
209
210
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Từ
 tr
ườ
ng
 H
x (
A/
m
)
Vị trí đo
50 Mpa
100 Mpa
150 Mpa
(a) (b)
66 DẦU KHÍ - SỐ 8/2020 
CÔNG NGHỆ DẦU KHÍ
[2] A.A.Dubov, “A study of metal properties using the 
methode of magnetic memory”, Metal Science and Heat 
Treatment, Vol. 39, pp. 401 - 405, 1997.
[3] Peter Švec Sr., Roman Szewczyk, Jacek Salach, 
Dorota Jackiewicz, Peter Švec, Adam Bieńkowski, and Jozef 
Hoško, “Magnetoelastic properties of selected amorphous 
systems tailored by thermomagnetic treatment”, Journal 
of Electrical Engineering, Vol. 65, No. 4, pp. 259 - 261, 2014. 
DOI: 10.2478/jee-2014-0040.
[4] Dorota Jackiewicz, Maciej Kachniarz, and Adam 
Bieńkowski, “Investigation of the magnetoelastic Villari 
effect in steel truss”, Recent Global Research and Education: 
Technological Challenges. Springer International 
Publishing, 2017, pp. 63 - 70.
[5] D.C.Jiles, “Theory of magnetomechanical effect”, 
Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 28, No. 8, pp. 1537 
- 1546, 1995.
[6] Anatoly A. Dubov and Sergey Kolokolnikov, 
“Technical diagnostics of equipment and constructions 
with residual life assessment using the method of 
metal magnetic memory", 17th World Conference on 
Nondestructive Testing, Shanghai, China, 25 - 28 October, 
2008.
[7] Caoyuan Pang, Jianting Zhou, Ruiqiang Zhao, Hu 
Ma, and Yi Zhou, “Research on internal force detection 
method of steel bar in plastic and yielding stage based 
on metal magnetic memory”, Materials, Vol. 12, No. 7, 
pp. 1167, 2019. DOI: 10.3390/ma12071167.
[8] Guo Pengju, Chen Xuedong, Guan Weihe, Cheng 
Huayun, and Jiang Heng, “Effect of tensil stress on the 
variation of magnetic field of low-alloy steel”, Journal 
of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 323, No. 20, 
pp. 2474 - 2477, 2011. DOI: 10.1016/j.jmmm.2011.05.015.
[9] Shangkun Ren and Xianzhi Ren, “Studies on law 
of stress-magnetization based on magnetic memory 
testing technique”, Journal of Magnetism and Magnetic 
Materials, Vol. 449, pp. 165 - 171, 2018. DOI: 10.1016/j.
jmmm.2017.09.050.
[10] ASM International, Atlas of Stress – Strain Curves, 
2nd edition. The Materials Information Society, 2002.
[11] Dong Lihong, Xu Binshia, Dong Shiyuna, Chen 
Qunzhic, and Wang Dan, “Variation of stress-induced 
magnetic signals during tensile testing of ferromagnetic 
steels”, NDT&E International, Vol. 41, No. 3, pp. 184 - 189, 
2008. DOI: 10.1016/j.ndteint.2007.10.003.
[12] D.L.Atherton, “Stress-shadow magnetic 
inspection technique for far-side anomalies in steel pipe”, 
NDT International, Vol. 16, No. 3, pp. 145 - 149, 1983. DOI: 
10.1016/0308-9126(83)90037-8.
[13] Stephen G.H.Staples, “Using magnetostriction 
and the villari effect to detect anomalies”, PhD Transfer 
Report, 2012.
Summary
Stress concentration is a major cause of metal structure failures. In ferromagnetic materials, it changes the nearby magnetic field, which 
is called the inverse magnetostrictive effect or Villari effect. The metal magnetic memory (MMM) method, which is developed based on the 
Villari effect, is considered a novel, advanced, unique non-destructive testing technique allowing identification of stress concentration zones 
and early prediction of damage potential for ferromagnetic materials. The paper introduces the Villari effect theoretical basis, the development 
of the MMM technique, and some experimental investigations conducted by the Vietnam Petroleum Institute in which this technique is used 
to produce test equipment for material structures under stress.
Key words: Villari effect, metal magnetic memory, non-destructive testing, stress concentration, structure failure.
VILLARI EFFECT AND METAL MAGNETIC MEMORY TECHNIQUE 
IN INSPECTION OF MAGNETIC MATERIALS UNDER STRESS
Nguyen Thi Le Hien, Doan Thanh Dat, Le Thi Phuong Nhung
Vietnam Petroleum Institute
Email: hienntl@vpi.pvn.vn