1、前言

   球墨鑄鐵與其他鑄鐵和普通碳素鋼相比，具有優(yōu)越的力學(xué)性能，如：強(qiáng)度高，韌性好；耐磨性吸震性和抗氧化性都比鋼好；鑄造性能比碳鋼好；熔點(diǎn)、流動(dòng)性、收縮性都和灰口鑄鐵接近，可用來鑄造薄壁和形狀復(fù)雜的零件，并且價(jià)格比鋼低得多。眾所周知，球鐵的力學(xué)性能與球鐵的球化率有直接關(guān)系，即球化率越高，球鐵的力學(xué)性能越佳。因此，測試球化率是評價(jià)球墨鑄鐵力學(xué)性能的重要依據(jù)。

長期以來，人們一直用金相手段來測試球鐵的球化率。此法比較直觀，測試結(jié)果正確，但是測試范圍小，大多在試樣上測，無法對工件進(jìn)行全面測試。所以為了保證球鐵球化質(zhì)量，只用金相手段是不夠的，應(yīng)該使用能對球鐵球化率進(jìn)行全面測試的超聲波探傷方法。

我們知道，超聲波在材料中的傳播速度取決于材料的聲學(xué)特性，主要是與材料的楊氏彈性模量E和介質(zhì)密度ρ有關(guān)。超聲縱波在固體中的傳播速度為：

CL=    （1）

從（1）式可知，超聲縱波速度CL與材質(zhì)（介質(zhì)）的楊氏彈性模量E、介質(zhì)密度ρ和泊松比σ有關(guān)。不同介質(zhì)的E、ρ和σ均不同，故CL不同。

鑄鐵為非均勻材料，超聲縱波的傳播速度受石墨尺寸、形狀和分布的影響。也即這些因素發(fā)生變化，都會(huì)引起E、ρ和σ的變化，導(dǎo)致CL發(fā)生變化。若石墨尺寸和分布相對穩(wěn)定，則超聲波縱波聲速的變化與石墨形狀相對應(yīng)，即與石墨球化率相對應(yīng)。因此，可以用測超聲波縱波聲速的方法來評估球墨鑄鐵的球化程度。據(jù)有關(guān)資料介紹，超聲縱波經(jīng)過球化石墨的聲速降低比片狀石墨小。球化程度越高，超聲縱波聲速越高。對100%球化的球墨鑄鐵，其超聲縱波聲速與鋼的聲速相差很小，約差5%左右。

我們通過試驗(yàn)，證實(shí)了上述規(guī)律。超聲測試的球化率與金相測試的球化率有較好的對應(yīng)關(guān)系（見表1）。能夠較有效地解決球化率測試問題，對保證球墨鑄鐵質(zhì)量起了重要作用。

表1   超聲縱波與金相測試球化率對比

下面具體介紹超聲波縱波測試球墨鑄鐵球化率的方法（被測工件需有二個(gè)平行的表面）

2、使用模擬式超聲波探傷儀（如CTS-23型等）的測試方法

2.1  用2.5P20Z（若工件晶粒較粗大時(shí)，可用1.25MHz）直探頭，在CSK-IB試塊上，按被測工件實(shí)際厚度，選擇適當(dāng)?shù)膾呙杷俣龋ㄈ缏暢?/span>1:1或1:2等）

2.2  實(shí)測工件厚度H球。

2.3  將直探頭放到工件需測試部位，使工件底面反射波B1出現(xiàn)，并記下B1的前沿橫坐標(biāo)（時(shí)間軸）刻度讀數(shù)A。

2.4  根據(jù)刻度讀數(shù)A和選定的掃描比例，可直接得到鋼試件的聲程（厚度）H鋼。

2.5  工作中球鐵的聲速可用下式算出：

C球=（H球/H鋼）*C鋼

式中C鋼—5900m/s計(jì)算

2.6  根據(jù)C球，在圖1上即可查得球化率。

3、使用數(shù)字式超聲波探傷儀（如南通產(chǎn)PXUT-22型等）的測試方法

3.1  用2.5P20Z直探頭在CSK-IB試塊上，測試始波偏移（即相當(dāng)于模擬式超聲波探傷儀的掃描速度調(diào)節(jié)）。

3.2  測聲速

3.2.1  實(shí)測球鐵工件厚度。

3.2.2  按【聲速】鍵，進(jìn)入測“聲速”狀態(tài)。

3.2.3  按【回車】鍵，移動(dòng)探頭，找出工件底面反射波B1。

3.2.4  用【+】、【—】鍵，將“+”字光標(biāo)，對準(zhǔn)B1波峰，按【回車】鍵。

3.2.5  用【+】、【—】鍵，輸入球鐵工件厚度，按【回車】鍵，儀器自動(dòng)顯示聲速值。

3.3  根據(jù)顯示的聲速值，在圖1上即可得出球化率。

4、結(jié)論

用超聲縱波聲速評估球墨鑄鐵球化率，應(yīng)符合如下應(yīng)用條件：

1、應(yīng)用本法評價(jià)球化率，要求生產(chǎn)工藝相對穩(wěn)定。

2、應(yīng)根據(jù)本單位生產(chǎn)條件，建立相適應(yīng)的超聲縱波聲速—球化率關(guān)系（即圖1的關(guān)系曲線）。

3、超聲波頻率在1—2.5MHz之間較宜。

4、測試場地應(yīng)遠(yuǎn)離電焊機(jī)或大功率電機(jī)，以防電磁干擾，影響測試精度。