《球墨铸铁超声波检测球化率方法的研究与应用》.pdf

2013 国铸造活动周论文集 球墨铸铁超声波检测球化率方法的研究与应用 张文杰，黄建成 （东风商用车有限公司铸造二厂，湖北 十堰 442013 ） 摘要：球墨铸铁 ，超声波纵波的传播速度 （简称 “声速”）的大小，与球墨铸铁材料的弹性模量存 在着一定的对应关系，而球墨铸铁的弹性模量又与球化率存在一定的关系，因此，测定球墨铸铁件 的声速，便可以预计铸件的球化状况。生产应用 ，根据铸件的生产工艺和质量要求，可以确定相 应的界限声速，判断球墨铸铁零件的球化率。声速法应用于球墨铸铁铸件球化率检测的关键，在于 铸件表面的粗糙程度以及零件检测部位内部的致密度。 文简要叙述了零件声速与球化率的关系。 关键词：球墨铸铁；弹性模量；球化率；声速；测量 铸造在机械制造业 占有十分重要的地位，近年来我国铸造业取得长足发展，铸件产量连续多 年居世界第一位，球墨铸铁材料以其优良的性能在众多工业领域获得大量应用，为了提高铸件质量， 降低质量风险，铸造工作者研究和采取多种球化效果检验方法，如火苗检查法、断口观察法、气割 冒口判断法和敲击铸件发音判断法等，这些方法与传统的金相观察法相比，具有检测速度快和操作 简单等优点，但是该几种方法只能定性的判断球化质量的好坏，对一些球化等级要求高的保安零件 就不适用了，因此研究更为快捷和 确的球墨铸铁球化检测新技术具有实际意义。 1 超声波检测 化率基本原理 超声波是一种机械波，他在固体介质 的纵波声速为： E (1 s ) CL = r(1 s )(1 2s ) 式 ：CL 为纵波声速；E 为介质弹性模量； 为介质密度；s 为介质泊松比。 在此，介质为球墨铸铁，球墨铸铁的密度为7.05～7.10g/cm²,泊松比为0.26～0.27，他们的变化 很小，因而对超声波速度影响不大，于是影响式的主要因素为杨氏弹性模量，而球墨铸铁的弹性模 量与球化率存在一定关系。当球化率降低时显微组织 逐渐出现团状、团絮状、蠕虫状和片状石墨， 这种大量的非球状石墨的出现，一方面增加了石墨周围集体应力集 现象，严重影响了集体组织作 用的发挥，另一方面在相同石墨含量下，非球状石墨的表面积大于球状石墨的表面积，从整体上看 是减少了金属原子之间的结合，从而导致E 值得下降，即球墨铸铁的弹性模量与球化率呈正比关系， 弹性模量随球化率的降低而降低。从而也可以得出超声波纵波声速与球化率关系：超声波声速随球 化率的降低而降低。因此，通过测定超声波声速的变化，就可以很快鉴别出球墨铸铁的球化质量。 2 球墨铸铁的石墨大小分级及球化分级 石墨大小分为6 级，如表1 所示。 1 石墨级别 级别 3 级 4 级 5 级 6 级 7 级 8 级 石墨直径 （100×） 25～50 12～25 6～12 3～6 1.5～3 1.5 球墨铸铁球化分类是以石墨形态及其分布和球化率来划分，按石墨面积率划分石墨形态：面积 率大于和等于0.81 为球状石墨，面积率0.81～0.61 为团状石墨，面积率0.60～0.41 为团絮状石墨， 1 2013 国铸造活动周论文集 面积率0.41～0.10 为蠕虫状石墨，面积率小于0.10 为片状石墨。 石墨的面积率按下式计算：单颗石墨面积率 = 石墨的实际面积/石墨的最小外圆面积。面积率 可以用图像分析仪直接测定，也可以用其他近似方法测定，确定外圆时，一般以石墨的最大投影长 度为直径。评定时以球化级别和球化率表示，见表2 和 1。 表2 化级别 球化级别 说明