Тел.: +7 (495) 120-03-32, E-mail: mail@panatest.ru

• Новости
• Теория УЗК
• Применение
• Публикации
• Контакты
• На главную

КОНТРОЛЬ СТРУКТУРЫ ЧУГУНА С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА MICROGAGE III DLCW

СЕМЕРЕНКО Алексей Владимирович, Руководитель отдела средств НК и ТД, специалист III уровня по УЗК, ООО «Панатест», Москва.
БОГОМОЛОВ Иван Александрович, Научно-исследовательский университет «Московский энергетический институт», Москва.

Как известно, чугун – это сплав железа с углеродом. Различают белый чугун, в котором углерод входит в химическое соединение с железом (цементит), и чугун, в котором углерод содержится в виде графита различной формы. Последний чаще всего применяется в промышленности, но иногда используется также белый чугун, обладающий повышенной твердостью.

Форма графита, содержащегося в чугуне, оказывает непосредственное влияние на механические свойства отливок. Серый чугун (СЧ) содержит включения графита пластинчатой формы, и он является наименее прочным. Высокопрочный чугун (ВЧ) – наиболее прочный из чугунов, характеризуется шаровидной формой включений графита. Чугун с вермикулярной формой графита (ЧВГ) занимает промежуточное положение по прочности между СЧ и В.

Одной из основных проблем при производстве чугунного литья является идентификация отливок с нестандартной формой графита.

Методы УЗК, широко применяемые в последние годы в сталелитейной и сталеобрабатывающей промышленностях, не подходят для контроля чугунных отливок. Появление чугуна с включениями шаровидного и вермикулярного графита не только расширило масштабы производства и применения чугуна, но и вызвало необходимость совершенствования методов НК. Измерение характеристик и сравнительная оценка однородности формы графита, является одной из перспективных областей применения ультразвука.

Обычно высокопрочный чугун получается путем модифицирования магниевым модификатором высокоуглеродистого чугуна с добавлением графитизаторов перед заливкой в форму или в момент заливки. Если модификатор оказывается неоднородным, или же процесс заливки не был проведен должным образом, образуется литье с отклонениями в содержании шаровидного графита (и, соответственно, с нарушением механических свойств и твердости). Это может выражаться в наличии включений пластинчатого графита в отливке из чугуна с шаровидным графитом, что недопустимо. Из-за этих нарушений значительно изменяются механические свойства металла, что требует контроля чугуна с шаровидным графитом на однородность. При этом важную роль играет как распределение включений графита в отливке (они должны распределяться равномерно), так и форма этих включений (шаровидная, вермикулярная или пластинчатая, рис.1).

Рис. 1. Форма графита в отливках.

Для определения формы графита, содержащегося в чугуне, могут быть использованы стандартные лабораторные разрушающие методы контроля (визуально посредством микроскопа) и косвенные (механические) – проверка на прочность. Однако самые быстрые результаты, к тому же без разрушения объекта контроля, дает ультразвуковой метод.

Форма графита в чугуне оценивается по скорости и затуханию продольных ультразвуковых волн. Установлено, что в чугуне с выпавшим графитом скорость ультразвука увеличивается при:

• Уменьшении содержания графита;
• Уменьшении размеров графитовых включений;
• Изменении их формы от пластинчатой к шаровидной;
• Относительном увеличении количества шаровидных графитовых включений;
• Увеличении содержания перлита, цементита в металлической матрице.

Экспериментально выбираются акустические характеристики, сильнее коррелирующие с исследуемыми параметрами чугуна. С учетом этого информацию о графите (содержание, форма, размер) обычно получают по скорости ультразвука, а информацию о металлической основе (матрице) – по его затуханию.

Так как скорость ультразвука в высокопрочном чугуне с шаровидным графитом и сером чугуне различается, по результатам ее измерения может быть сделан вывод о степени содержания шаровидного графита в контролируемой отливке. Точные значения скорости ультразвука зависят от композиции сплава, его зернистости и других технологических переменных. Значения скорости ультразвука должны всегда проверяться на стандартных образцах из материала объекта контроля. При этом рекомендуется, чтобы для каждого конкретного случая измерения пользователь составлял карту скорости ультразвука в зависимости от процентного содержания шаровидного графита.

Частным случаем применения УЗК является определение наличия включений пластинчатого графита в чугуне с шаровидным графитом. Так как скорость ультразвука в сером чугуне ниже, чем в чугуне с шаровидным графитом, время прохождения ультразвука через отливку, содержащую включения серого чугуна, будет больше, чем через отливку, выполненную полностью из чугуна с шаровидным графитом. Для получения данных о других факторах, влияющих на свойства реальных отливок, всегда рекомендуем пользователю проводить настройку приборов на стандартных образцах из чугуна с известной композицией.

Известно, что скорость ультразвука нелинейно зависит от процентного содержания шаровидного графита, и на нее влияет как процентное содержание графита, так и форма его включений. 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 (высокопрочный чугун).

В качестве объекта контроля предоставлен набор образцов из чугуна различного вида. Геометрические размеры образов Ш×В×Г - 58×31×28 мм.

Рис. 2. Комплект образцов из чугуна для ультразвуковой структуроскопии.

Для проведения контроля структуры чугуна был выбран прецизионный ультразвуковой толщиномер Microgage III CDLW, производства Sonatest Ltd, Великобритания.

При проведении контроля в первую очередь проводится калибровка ультразвукового преобразователя для установки задержки сигнала ПЭП.

Далее толщиномер Microgage III устанавливается в режим измерения скорости. После этого устанавливаем преобразователь на объект контроля, предварительно задав толщину образца (Рис.3).

Рис. 3. Отображение значения скорости на дисплее толщиномера.

В процессе контроля можно изменять следующие параметры: начальное и конечное усиление, развертку, ВРЧ, задержку и затенение, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум.

Важной особенностью толщиномера является возможность ввода значения толщины в процессе измерения.

Рис. 4. Изображение экрана толщиномера в режиме настройки.

Рис. 5. Изображение экрана толщиномера в режиме измерения.

Таблица 1. Значения скорости ультразвука в материале.

Структура образцов*
Номер образца	Форма графита по ГОСТ 3443-77	Перлит, %	Феррит, %	Измеренное значение скорости, м/с
1А1	Гф 13	20	80	5330
1А1Ф	Гф 13	0	100	5465
1А4Ф	Гф 4	0	100	4135
1А6Ф	Гф 2	0	100	3913
1А6П	Гф 2	78	22	4046
1А6	Гф 2	6	94	3984

Таблица 2. Химический состав образцов.

Содержание химических элементов (% по массе)
Номер плавки	С	Si	Mn	Cr	Ni	Al	P	S	Mg
1А	2,97	3,07	0,46	0,14	0,99	1,11	0,05	0,004	0,062

Для получения шаровидной формы графита в чугуне использовали Ni-Mg лигатуру. Для получения различной формы графита при температуре 1623°К через каждые 10 минут отбирали пробы чугуна.
* Образцы и сведения о них представлены Воронковой Л.В. (АО «НПО «ЦНИИТМАШ»).

Вывод

РФ, 111020, Москва, 2-я Синичкина улица, д. 9А, стр.9.;
Тел.: +7 (495) 120-03-32