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
试样号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
超声测试(%) | 60 | 65 | 70 | 80 | 100 |
金相测试(%) | 65 | 63 | 75 | 85 | 100 |
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。