用超声纵波声束评估球铁球化率的方法

用超声纵波声束评估球铁球化率的方法 

1、前言

   球墨铸铁与其他铸铁和普通碳素钢相比，具有优越的力学性能，如：强度高，韧性好；耐磨性吸震性和抗氧化性都比钢好；铸造性能比碳钢好；熔点、流动性、收缩性都和灰口铸铁接近，可用来铸造薄壁和形状复杂的零件，并且价格比钢低得多。众所周知，球铁的力学性能与球铁的球化率有直接关系，即球化率越高，球铁的力学性能越佳。因此，测试球化率是评价球墨铸铁力学性能的重要依据。

长期以来，人们一直用金相手段来测试球铁的球化率。此法比较直观，测试结果正确，但是测试范围小，大多在试样上测，无法对工件进行**测试。所以为了保证球铁球化质量，只用金相手段是不够的，应该使用能对球铁球化率进行**测试的超声波探伤方法。

我们知道，超声波在材料中的传播速度取决于材料的声学特性，主要是与材料的杨氏弹性模量E和介质密度ρ有关。超声纵波在固体中的传播速度为：

CL=    （1）

从（1）式可知，超声纵波速度CL与材质（介质）的杨氏弹性模量E、介质密度ρ和泊松比σ有关。不同介质的E、ρ和σ均不同，故CL不同。

铸铁为非均匀材料，超声纵波的传播速度受石墨尺寸、形状和分布的影响。也即这些因素发生变化，都会引起E、ρ和σ的变化，导致CL发生变化。若石墨尺寸和分布相对稳定，则超声波纵波声速的变化与石墨形状相对应，即与石墨球化率相对应。因此，可以用测超声波纵波声速的方法来评估球墨铸铁的球化程度。据有关资料介绍，超声纵波经过球化石墨的声速降低比片状石墨小。球化程度越高，超声纵波声速越高。对100%球化的球墨铸铁，其超声纵波声速与钢的声速相差很小，约差5%左右。

我们通过试验，证实了上述规律。超声测试的球化率与金相测试的球化率有较好的对应关系（见表1）。能够较有效地解决球化率测试问题，对保证球墨铸铁质量起了重要作用。

表1   超声纵波与金相测试球化率对比

下面具体介绍超声波纵波测试球墨铸铁球化率的方法（被测工件需有二个平行的表面）

2、使用模拟式超声波探伤仪（如CTS-23型等）的测试方法

2.1  用2.5P20Z（若工件晶粒较粗大时，可用1.25MHz）直探头，在CSK-IB试块上，按被测工件实际厚度，选择适当的扫描速度（如声程1:1或1:2等）

2.2  实测工件厚度H球。

2.3  将直探头放到工件需测试部位，使工件底面反射波B1出现，并记下B1的前沿横坐标（时间轴）刻度读数A。

2.4  根据刻度读数A和选定的扫描比例，可直接得到钢试件的声程（厚度）H钢。

2.5  工作中球铁的声速可用下式算出：

C球=（H球/H钢）*C钢

式中C钢—5900m/s计算

2.6  根据C球，在图1上即可查得球化率。

3、使用数字式超声波探伤仪（如南通产PXUT-22型等）的测试方法

3.1  用2.5P20Z直探头在CSK-IB试块上，测试始波偏移（即相当于模拟式超声波探伤仪的扫描速度调节）。

3.2  测声速

3.2.1  实测球铁工件厚度。

3.2.2  按【声速】键，进入测“声速”状态。

3.2.3  按【回车】键，移动探头，找出工件底面反射波B1。

3.2.4  用【+】、【—】键，将“+”字光标，对准B1波峰，按【回车】键。

3.2.5  用【+】、【—】键，输入球铁工件厚度，按【回车】键，仪器自动显示声速值。

3.3  根据显示的声速值，在图1上即可得出球化率。

4、结论

用超声纵波声速评估球墨铸铁球化率，应符合如下应用条件：

1、应用本法评价球化率，要求生产工艺相对稳定。

2、应根据本单位生产条件，建立相适应的超声纵波声速—球化率关系（即图1的关系曲线）。

3、超声波频率在1—2.5MHz之间较宜。

4、测试场地应远离电焊机或大功率电机，以防电磁干扰，影响测试精度。