測量鑄鐵中的球化率


測量鑄鐵中的球化率


應用

測量鑄鐵中的球化程度,或區分球墨鑄鐵和灰口鑄鐵。

背景知識

在鑄鐵的生產過程中,通常會將表現為石墨形式的碳用作一種添加劑,因此在典型的鑄件中,碳的成份會達到鑄件總重量的2%到4%,或者鑄件總體積的6%到10%。鑄鐵中石墨的微觀結構會對鑄件的機械屬性產生非常重要的影響。當石墨自行排列為薄片狀時,會生產出又硬又脆的灰口鑄鐵。當石墨表現為球形結節狀時,會生產出柔韌且易於鍛造的球墨鑄鐵。


灰口鑄鐵和球墨鑄鐵都是通過在熔化的鐵水中混入碳、矽及其它添加劑的方法製造而成,而且部分混入添加劑的操作通常在最終的模具中完成。如果混入的添加劑分佈不均勻,或者鑄造過程的其它方面不夠完美,則所生產出的鑄鐵的不同部位的球化率可能會不一致,或者會在球墨鑄鐵中分佈有呈塊狀的灰口鑄鐵。因為這種情況會極大地改變金屬的機械屬性,因此鑄造廠需要對所生產的球墨鑄鐵進行核查,了解鑄鐵各處的球化率是否一致。在核查過程中,一定要了解以下兩種情況:一是石墨在鑄鐵中的分佈是否一致,二是所添加的石墨是否表現為適當的形式(結節狀而不是薄片狀)。
雖然微觀檢查和拉伸強度測試可以有效查核鑄鐵的球化率,但是對鑄鐵進行快速非破壞評估的首選方法是超音波檢測,因為球墨鑄鐵和灰口鑄鐵分別有不同的音速。



使用設備

球化率檢測可以使用任何能夠測量材料音速的儀器完成,其中包括:測厚儀、探傷儀,以及脈衝產生器接收器。奧林巴斯的所有精確測厚儀都可以進行專門的音速測量,方式是輸入厚度的校準值,直接在螢幕上顯示鑄鐵或其它材料的音速讀數。測厚儀包括38DL PLUS型號和帶有單晶軟體的45MG型號儀器在測量厚度超過約25毫米的試件時,通常建議用戶使用高穿透軟體選項。

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透過按鍵方式將厚度數據輸入到儀器中,然後儀器會根據所輸入的厚度值和測量到的脈衝傳播時間自動計算出材料的音速。可以使用高/低報警功能辨別超出誤差範圍的情況。不同的測量範圍應選擇不同的探頭配合測厚儀使用,如頻率為2.25 MHz的M1036型號接觸式探頭。聲速的測量精度一般為小數點後3位數。

可以使用任何EPOCH系列探傷儀(EPOCH 650、EPOCH 6LT)以同樣的方式測量材料的未知音速。


檢測程序

純鐵、球墨鑄鐵和灰口鑄鐵的音速都各不相同。一般來說,純鐵的音速約為5.9 mm/uS,球墨鑄鐵的音速約為5.6 mm/uS,而灰口鑄鐵的音速約為4.8 mm/uS。特殊應用中被測材料的確切音速會根據其合金的組成成份、晶粒結構以及其它處理方面的變量而發生變化。

一定要使用由被測材料製成的標準校準試塊,才能測得材料的確切音速。我們建議用戶為每個應用創建一份自己的音速對比球化率百分比的圖表。請注意某些發表的研究成果表明材料的音速與其球化率百分比的關係並不是線性的。但是,對於所含石墨百分比相同的兩件鑄鐵,如果一件鑄鐵中的石墨呈薄片狀(灰口鑄鐵),而另一件中的石墨呈球形結節狀(球墨鑄鐵),則兩件鑄鐵的音速可能會截然不同。

注意在測量音速時需要了解被測樣件的確切厚度。一般來說,鑄鐵可以通過機械手段,如:測量儀或游標卡尺,測量到其厚度的位置上進行。如果檢測位置上的厚度不可知,則不能完成準確的音速測量。

另一種可以使用超音波方式探測到的情況是在球墨鑄鐵中夾雜有灰口鑄鐵。因為灰口鑄鐵的音速低於球墨鑄鐵的音速,因此與脈衝通過完全為球墨鑄鐵的鑄件所需時間相比,脈衝通過含有灰口鑄鐵的鑄件所需的時間更長,而且測到的音速更低。

再次重申,由於影響實際鑄件質量的因素複雜多變,因此建議用戶一定要基於組成成份已知的標準校準試塊設置自己的檢測。不過,一般來說,如果在球墨鑄鐵中探測到了音速下降,則表明鑄鐵中可能存在著問題。