蠕墨铸铁蠕化质量超声波无损检测技术的研究.doc

蠕墨铸铁蠕化质量无损检测技术的研究*陈信彭光俊张念摘要论述了超声法检测蠕墨铸铁蠕化质量的基本原理、蠕化率与声速的关系，并对影响声速的其他因素进行了分析，用超声法实现了对蠕墨铸铁蠕化率的快速无损检测。关键词蠕墨铸铁；蠕化率；无损检测中图法分类号TG 143.49Research on Non-Destructive Testing Technique of CompactizingQuality in Compacted Graphite Cast IronChen XingPeng Guangjun(Wuhan Automotive Polytechnic University)Zhang Nian(Huazhong University of Science and Technology)AbstractThe basic principle for ultrasonic detection of compactizing quality in compacted graphite cast iron and the relationship between ultrasonic speed and vermicularity is expounded. The influential factors are analysed, and the quick nondestructive detection of vermicularity in compacted graphite cast iron is realized.Key wordscompacted graphite cast iron；vermicularity；nondestructive detection蠕墨铸铁具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好和耐热疲劳性能好等一系列优点，因而它得到了广泛应用。蠕铁铸件质量的主要考核指标之一，就是蠕化率。蠕化率的常规检测方法是取样抽检，由人工进行金相观察。该方法既费力又费时，而且属破坏性检测，尤其是检测结果并不能完全代表每件产品本体的真实状态。由于传统的金相抽检法根本不能满足大量流水生产中必须对产品进行百分之百的检测要求，因此急需采用一种先进的检测技术。笔者经研究发现，采用超声检测技术能满足上述要求，并能对产品实行百分之百的快速无损检测。1基本原理超声波是一种机械波，它在固体介质中的纵波声速为1(1)式中，C为纵波声速；E为介质杨氏弹性模量；为介质泊松比；为介质密度。在此，介质为蠕墨铸铁，蠕墨铸铁的泊松比为0.270.28，密度为7.057.1 kg/m3，它们的变化很小，因而对超声波声速影响不大，于是影响式(1)的主要因素为杨氏弹性模量。而蠕墨铸铁的弹性模量与蠕化率有直接关系，在碳当量一定的情况下，声速决定于蠕虫状石墨的相对比例，亦即蠕铁蠕化率的大小。当蠕铁的碳当量较高，且一旦不蠕化，成为灰口铸铁时，其力学性能便将大幅度下降，弹性模量会随片状石墨数量的增加而降低2，声速也大幅度减小。因此，通过测定超声波声速的变化，就可以很快鉴别出蠕铁的蠕化质量。2蠕化率与声速的关系通过对不同蠕化率的蠕铁试样进行测试，建立了蠕化率与声速的关系，其关系曲线如图1所示。图1可分为三个区域。图1蠕墨铸铁蠕化率与纵波声速的关系区：蠕化率为065%，声速为5 8005 700 m/s，蠕化率与声速大致成线性关系。在此区域，石墨主要呈球状和蠕虫状，随着蠕化率的提高，球状石墨逐渐减少，蠕虫状石墨逐渐增加，声速降低的幅度很小，每提高1%蠕化率声速降低1.54 m/s。区：蠕化率为65%100%，声速为5 2405 700 m/s，在此区域以蠕虫状石墨为主，伴有少量球状石墨或片状石墨，随着蠕化率的提高，蠕虫状石墨增加较快，且球状石墨逐渐消失，并开始出现片状石墨。声速平均以蠕化率每提高1%而减少13.33 m/s左右。通过对该区数据作回归分析,发现蠕墨铸铁的蠕化率与声速成指数函数关系,其关系式为：Y=0.6e2.68104/C(2)式中，C为蠕墨铸铁中的声速； Y为蠕墨铸铁蠕化率。区：非蠕化区，石墨主要呈片状，声速为5 2004 000 m/s，与常用作检验标准的蠕化区(蠕化率为65%95%)的声速相差很大。由于建立了数学模型，应用微机测试技术，将使蠕墨铸铁蠕化质量的检测结果更可靠，其方法更简便。3影响因素分析研究结果表明，当蠕铁中碳化物含量达10%15%时对声速影响不大，而当碳化物含量达30%时，声速最多提高2.3%。在生产中，蠕铁中的碳化物形成往往是因为稀土量过多而造成的，而不蠕化又往往是稀土量不足引起的。因此，通常不蠕化的材质碳化物量是很低的，不会对不蠕化材质声速造成很大影响。当不蠕化现象发生时，亦即在非蠕化区时，超声波的声速会很快降至5 200 m/s或更低，而这正是纵波在灰铸铁中的传播速度。研究结果还表明,在普通蠕墨铸铁中,由于碳当量较高,珠光体含量一般较低,为20%30%。当珠光体含量为60%70%时,声速仅提高0.25%0.4%。可见在蠕铁中珠光体含量对超声波声速的影响是很小的。4检测方法测量声速的方法较多，结合生产实践，笔者认为采用超声测厚仪是一种简便易行的方法。其原理是根据C=2d/t(3)式中，C为超声波在被测试样中的传播速度；d为被测试样厚度；t为从超声脉冲发射到接收回波的时间。由式(3)可知，当某材质的试样在其厚度一定时，声速与回波时间成反比。若该材质声速C已知，将测厚仪校准使其厚度示值与试样实际厚度一致，然后，用测厚仪测量实际厚度d已知的待测试件，则被测试件的声速Cx为Cx=C.d/dx(4)式中，Cx为被测试件声速；C为已知试样声速；d为被测零件厚度；dx为测试显示厚度。显然在式(4)中，测试显示厚度dx即为声速表征值。采用这种测试方法简单实用，而且较为准确，便于生产中实际应用。表1蠕铁飞轮蠕化率测试结果序号声速/m/s测试蠕化率/%金相观察蠕化率/%15 356909025 420858035 527808045 452807055 52675705应用实例应用上述方法，对蠕铁飞轮进行测试，然后将被测件解剖作金相观察，其部分结果见表1。从表1中数据可以看出，测试值与金相观察值基本一致，相关差值小于5%。进一步分析表明，这种误差主要是由铸件内部缩松或组织不均匀造成的。 6结论 蠕墨铸铁的蠕化率与超声波声速存在一定的对应关系,随着蠕化率增高,其超声波声速降低。 建立了蠕化率与声速之间的数学模型，使检测结果更可靠。 用超声测厚仪进行检测，操作简便，判断准确，能对铸件进行百分之百的快速无损检测。* 国家“九*五”攻关项目(编号 96A080107).作者简介：陈信，男，40岁，实验师，现从事铸造熔炼及设备的教学与研