Данное примечание по применению объясняет, как измерить степень шаровидности чугуна и отличить шаровидный чугун от серого чугуна. Узнайте об оборудовании ультразвукового контроля и методах, используемых для неразрушающего измерения степени шаровидности графита в литейном чугуне.
Производство чугуна
Углерод в виде графита часто используется в качестве добавки при производстве чугуна. В стандартных отливках он может составлять 2–4 % от веса или 6–10 % от содержания. Микроструктура графита в литейном чугуне оказывает значительное влияние на механические свойства отливок. Серый чугун, являющийся твердым и хрупким, имеет включения графита пластинчатой формы. Высокопрочный чугун, являющийся мягким и ковким, характеризуется шаровидной формой включений графита.
Как серый, так и высокопрочный чугун получают путем смешивания углерода, кремния и других добавок с расплавленным железом. Некоторые примеси добавляются на конечной стадии плавки. Если смешивание неравномерно или процесс литья имеет нарушения, образуется литье с отклонениями в содержании шаровидного графита или появляются карманы из серого чугуна внутри отливки из чугуна с шаровидным графитом. Такие нарушения значительно изменяют механические свойства металла, требуется контроль чугуна с шарообразным графитом на однородность. При этом важную роль играет как распределение включений графита в отливке (они должны распределяться равномерно), так и форма этих включений (шаровидная или пластинчатая).
Для определения степени шаровидности эффективным методом контроля является микроскопия. Другим методом является ультразвуковой контроль, позволяющий измерить скорость звука в шаровидном и сером чугуне. Этот метод предпочтительнее, поскольку он обеспечивает быстрый неразрушающий контроль отливки.
Оборудование УЗК для неразрушающего контроля шаровидности в чугуне
Неразрушающий контроль на шаровидность можно проводить с помощью любого ультразвукового прибора, способного измерять скорость звука, в том числе толщиномеров, дефектоскопов и генераторов-приемников. В специальных случаях измерения, все прецизионные толщиномеры Olympus могут напрямую считывать скорость звука в чугуне и других материалах на основе результатов калибровки толщины. Сюда относятся толщиномеры 38DL PLUS™ и 45MG с ПО для одноэлементных преобразователей. Для измерения толстых отливок (толщиной более 25 мм) следует использовать толщиномеры с опцией повышенного проникновения.
Чтобы определить степень шаровидности с помощью толщиномера, просто нажмите клавишу для ввода значений толщины. Скорость звука рассчитывается автоматически на основе введенной толщины и измеренного времени прохождения импульса. Высокий/низкий пороги сигнализации используются для выявления отклонений от допустимых пределов. Используйте толщиномер с преобразователем, соответствующим измеряемому диапазону толщины. Наиболее часто используется контактный преобразователь M1036 (2,25 МГц). Точность измерения скорости звука составляет около 0,1 %.
Толщиномер 72DL PLUS™ имеет широкий сенсорный экран и более высокую скорость обновления данных (до 2 кГц), чем 38DL PLUS и 45MG. Этот прецизионный толщиномер также предлагает более высокое разрешение измерения времени, что приводит к более точным расчетам скорости звука. Более того, толщиномер 72DL PLUS предлагает расширенные возможности подключения, что идеально подходит для системной интеграции.
Аналогичным образом, можно использовать любой из дефектоскопов серии EPOCH™ (EPOCH 650 и EPOCH 6LT) для измерения неизвестной скорости звука. Настройте дефектоскоп для работы с соответствующим низкочастотным преобразователем, получите донный эхо-сигнал от зоны образца известной толщины и выполните калибровку скорости ультразвука. На основе выявленных эхо-сигналов рассчитывается скорость ультразвука в материале объекта контроля.
Процедура ультразвукового измерения степени шаровидности в чугуне
Имеется существенная разница в скорости ультразвука в чистом чугуне, чугуне с шаровидным графитом и сером чугуне. Обычно, в чистом чугуне скорость ультразвука составляет 5,9 мм/мкс, в чугуне же с шаровидным графитом скорость ультразвука составляет 5,6 мм/мкс, а в сером чугуне – приблизительно 4,8 мм/мкс. Точные значения скорости ультразвука будут варьироваться в зависимости от композиции сплава, его зернистости и других технологических переменных. Всегда проверяйте точность значения скорости УЗ на калибровочных стандартах для испытуемого материала.
Мы рекомендуем составлять карту скорости ультразвука для каждого конкретного случая измерения, в зависимости от процентного содержания шаровидного графита. Опубликованные исследования указывают на нелинейность отношения скорости ультразвука к процентному содержанию шаровидного графита (1). В любом случае, ожидается, что в двух отливках, идентичных по процентному содержанию графита, скорость ультразвука будет значительно различаться, если одна отливка содержит графит пластинчатой формы (серый чугун), а другая – шаровидный графит (высокопрочный чугун).
Имейте в виду, что для измерения скорости звука в материале, толщина исследуемого образца должна быть известна. Как правило, инспекторы проводят ультразвуковой контроль степени шаровидности в точках отливки, где толщина может быть измерена механически с помощью микрометра или штангенциркуля. Точное измерение скорости звука невозможно, если толщина в точке измерения неизвестна.
Другим случаем применения УЗК является определение наличия включений серого чугуна в отливках из чугуна с шаровидным графитом. Скорость ультразвука в сером чугуне ниже, чем в чугуне с шаровидным графитом, поэтому время прохождения ультразвука через отливку, содержащую включения серого чугуна, будет больше, чем через отливку, выполненную полностью из чугуна с шаровидным графитом. Измеренная скорость звука также ниже. Учитывая сложные переменные, влияющие на свойства реальных отливок, рекомендуется выполнить настройку на основе калибровочных стандартов известного состава. Однако локализованное падение скорости звука в отливке из чугуна с шаровидным графитом обычно является признаком потенциальной проблемы.
Примечание: Шаровидный графит и другие аспекты микроструктуры литейного чугуна можно также измерить при помощи микроскопа и усовершенствованного программного обеспечения Olympus. Подробнее читайте здесь: https://www.olympus-ims.com/en/applications/cast-iron-analysis/.
Справочная литература
- 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
