Tato aplikační poznámka vysvětluje, jak měřit stupeň nodularity litiny a jak rozlišit tvárnou (nodulární) litinu od šedé litiny. Seznamte se s ultrazvukovým vybavením a technikami používanými k nedestruktivnímu zkoušení nodularity litiny.
Výroba litiny
Při výrobě litiny se často jako přísada používá uhlík ve formě grafitu, u běžných odlitků činí jeho množství 2 až 4 hmotnostní procenta či 6 až 10 objemových procent. Mikrostruktura grafitu v litině má zásadní vliv na mechanické vlastnosti odlitku. Když je grafit uspořádán do tvaru tenkých lupínků, je výsledkem šedá litina, která je tvrdá a křehká. Když se grafit vyskytuje ve tvaru kuliček, je výsledkem tvárná litina, která je měkká a poddajná.
Obě tyto litiny, šedá i tvárná, se vyrábí přimícháváním uhlíku, křemíku a dalších přísad do roztaveného železa. Často se určitá část tohoto smíchávání odehrává až v konečné formě. Jestliže promíchávání není rovnoměrné nebo v průběhu odlévání vznikají jiné nedokonalosti, může být nodularita v odlitku proměnlivá nebo se v odlitku z tvárné litiny mohou vyskytovat ložiska šedé litiny. Tyto odchylky významně ovlivňují mechanické vlastnosti kovu, slévárny proto potřebují ověřovat tvárnou litinu z hlediska její stejnorodosti. Je důležité, aby rozložení grafitu v litině bylo rovnoměrné a aby grafitové vměstky měly správný tvar (spíše kuličky než lupínky).
Účinnými metodami pro ověřování nodularity jsou mikroskopické vyšetření a zkoušky pevnosti tahu. Další možností je ultrazvukové zkoušení, kterým lze měřit rozdílné rychlosti šíření zvuku v tvárné a šedé litině. Tato metoda je upřednostňována, protože umožňuje rychlé nedestruktivní vyhodnocení odlitku.
Ultrazvukové přístroje používané pro nedestruktivní zkoušení nodularity litiny
Nedestruktivní zkoušení nodularity lze provádět s jakýmkoli ultrazvukovým přístrojem, který je schopen měřit rychlost šíření zvuku. Mezi takové přístroje patří tloušťkoměry, defektoskopy a přístroje typu generátor impulzů-přijímač. Všechny naše precizní tloušťkoměry jsou schopny poskytovat pro určená měření rychlosti šíření přímý odečet rychlosti šíření zvuku v litině a dalších materiálech na základě zadané kalibrace tloušťky. Mezi tyto přístroje patří měřidlo 39DL PLUS™ a měřidlo 45MG se softwarem Single Element. Pro tloušťky větší než přibližně 25 mm (1 palec) je často doporučeno měřidlo se softwarovou možností High Penetration, pro vysokou hloubku vniku.
Zkoušku nodularity pomocí tloušťkoměru provedete jednoduše tak, že stisknete tlačítko a zadáte údaje o tloušťce. Rychlost šíření zvuku bude automaticky vypočtena ze zadané tloušťky a změřené doby průchodu impulzu. K identifikaci stavů nacházejících se mimo toleranci využívejte funkce alarmů nízké/vysoké hodnoty. Vlastní měřidlo spárujte se sondou, která je vhodná pro konkrétní rozsah měřených tlouštěk. Jednou z obvyklých voleb je kontaktní 2,25MHz sonda M1036. Přesnost měření rychlosti šíření je typicky v řádu desetiny procenta.
Měřidlo 72DL PLUS™ nabízí displej s větší dotykovou obrazovkou a vyšší rychlost aktualizace měření (až do 2 KHz) než měřidla 39DL PLUS a 45MG. Tento precizní tloušťkoměr nabízí také vyšší časové rozlišení měření, díky čemuž jsou výpočty rychlosti šíření zvuku přesnější. Měřidlo 72DL PLUS nabízí navíc také větší možnosti konektivity-propojení, a to prostřednictvím bezdrátové i kabelové sítě, což je ideální vlastnost pro integraci měřidla do systému.
Podobným způsobem lze k měření neznámé rychlosti šíření použít také jakýkoli defektoskop EPOCH™, například přístroje EPOCH 650 a EPOCH 6LT. Defektoskopem kalibrovaným pro vhodnou nízkofrekvenční sondu získejte koncové echo úseku se známou tloušťkou a proveďte kalibraci rychlosti šíření, na základě detekovaných ech bude vypočtena rychlost šíření v materiálu.
Postup zkoušení ultrazvukem pro měření nodularity litiny
Mezi rychlostí šíření zvuku v čistém železe, tvárné litině a šedé litině je konzistentní rozdíl. Typicky je rychlost šíření zvuku v čistém železe přibližně 0,232 palců/µs (5,9 mm/µs), v tvárné litině přibližně 0,222 palců/µs (5,6 mm/µs) a v šedé litině přibližně 0,192 palců/µs (4,8 mm/µs). Přesné rychlosti při konkrétním použití se od těchto hodnot odchylují v závislosti na složení a struktuře zrnitosti slitiny a na dalších procesních proměnných. Vždy ověřte přesné rychlosti podle kalibračních etalonů pro konkrétní zkoušený materiál.
Doporučujeme, abyste si pro každé použití vytvořili vlastní graf rychlosti šíření v závislosti na procentuální hodnotě nodularity. Z publikovaného výzkumu vyplývá, že vztah mezi rychlostí šíření a procentuální hodnotou nodularity není lineární1. Je však možné detekovat významný rozdíl rychlostí šíření zvuku i u dvou jinak identických odlitků, které obsahují stejný procentuální podíl grafitu – jeden odlitek s grafitem ve tvaru lupínků (šedá litina) a druhý s grafitem ve tvaru kuliček (tvárná litina).
Pamatujte, že k měření rychlosti šíření zvuku je nutné znát tloušťku zkušebního kusu. Pracovníci kontroly typicky provádějí ultrazvukové zkoušky nodularity na takových místech odlitku, kde je možné tloušťku změřit mechanicky mikrometrem nebo posuvným měřítkem. Jestliže není tloušťka v místě zkoušení známa, není přesné měření rychlosti šíření možné.
Další možnou oblastí použití ultrazvukového zkoušení je ultrazvuková detekce přítomnosti vměstků šedé litiny v odlitku z tvárné litiny. Rychlost šíření zvuku v šedé litině je nižší než v tvárné litině, tudíž doba průchodu impulzu odlitkem obsahujícím vměstek šedé litiny je delší než doba průchodu odlitkem vyrobeným cele z tvárné litiny. Změřená rychlost šíření zvuku je v takovém případě také nižší. Vzhledem k celému komplexu proměnných, které mají na skutečné odlitky vliv, doporučujeme, abyste zkoušku nastavili podle kalibračních etalonů známého složení. Obecně lze říci, že lokalizovaný pokles rychlosti šíření zvuku v odlitku z tvárné litiny je známkou potenciálních problémů.
Poznámka: Nodularitu i další aspekty mikrostruktury grafitu v litině je možné analyzovat také mikroskopicky pomocí interpretačního softwaru vyvinutého společností Evident. Další podrobnosti najdete v naší aplikační poznámce k analýze litiny.
Použité zdroje
- ASM International, Metals Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Park, Ohio 1989 (Ninth Edition), pp. 531–535.
- Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method, http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm
