33. Особенности контроля структуры чугуна.

Чугун - это сплав железа с углеро­дом, в котором доля углерода превышает 4,13 %. Различают белый чугун, в котором углерод входит в химическое соединение с железом (цементит), и чугун, в котором углерод выпадает в виде графита. Чаще всего в промышленности применяют именно такой чугун, но иногда использу­ют также белый чугун, обладающий по­вышенной твердостью.

Контроль структуры чугуна УЗ по­зволяет определить количество и форму графитных включений. В структуре чугу­на может присутствовать графит различ­ных форм. Наиболее высокая прочность у чугуна с мелким шаровидным графитом. Меньше прочность, когда графит имеет хлопьевидную форму (вермикулярный графит), еще меньше при пластинчатом графите (серый чугун).

Структуру чугуна оценивают по ско­рости и затуханию продольных УЗ-волн. Установлено, что в чугуне с выпав­шим графитом скорость УЗ увеличивается с уменьшением содержания графита, уменьшением размеров графитовых вклю­чений, изменением их формы от пластин­чатой к шаровидной, увеличением количе­ства шаровидных графитных включений к общему содержанию графита, увеличени­ем содержания цементита в металличе­ской основе. Предельно высокое значение скорости УЗ приближается к скорости в стали. Затухание УЗ обычно уменьшается, когда скорость увеличивается.

Путем исследований выбирают аку­стические характеристики, наиболее тесно корреляционно связанные с исследуемым структурным параметром чугуна. С уче­том этого информацию о графите (со­держание, форма, размер) обычно полу­чают по скорости УЗ, а информацию о металлической основе (матрице) - по его затуханию.

Структура и химический состав чу­гуна определяют его механические свой­ства: прочность (временное сопротивле­ние при растяжении), твердость (исполь­зуют обычно твердость по Бринеллю НВ), модуль нормальной упругости. Во многих случаях практически важен контроль именно этих свойств, а не структурных характеристик, лежащих в их основе. С учетом этого исследовали корреляцион­ные связи акустических и физико-механических свойств.

Модуль нормальной упругости про­порционален квадрату скорости Е = Ас². Коэффициент А опреде­ляют эмпирически, на него влияют плот­ность и коэффициент Пуассона материала. В отношении твердости известно, что с ее увеличением скорость звука возрастает (в стали - наоборот), а затухание уменьшает­ся, однако для каждого вида чугуна эта связь в количественном отношении инди­видуальна.

Временное сопротивление чугуна при растяжении обычно определяют формулой = ЕНВ = с² НВ, здесь и - эмпи­рические коэффициенты, которые опреде­ляют на основе прямых испытаний для каждой марки чугуна и даже с учетом особенности технологии выплавки на дан­ном предприятии. Для чугуна с шаровид­ным графитом установлено, что = 0,062 ... 0,114, а с пластинчатым - = 0,032 ... 0,077 при измерении в МПа, а скорости с в км/с. Погрешность не превышает 7 %.

Для точного измерения скорости и затухания УЗ необходимо иметь два дон­ных сигнала. Между тем большое затуха­ние УЗ в чугуне нередко затрудняет на­блюдение второго донного сигнала.

Л.В. Воронковой было предложено измерение такой акустической величины, как отношение донный сигнал - структур­ная помеха. Для этого наблюдают уровень помех вблизи донного сигнала (в зоне протяженностью не более двух длин волн) и измеряют этот уровень Р_п по от­ношению к амплитуде донного сигнала Р_д (рисунок 26). Важное достоинство этой ве­личины состоит в том, что для ее измере­ния достаточно наблюдать один донный сигнал.

Рисунок 26 - Принцип измерения отношения донный сигнал – структурная помеха

Отношение донный сигнал - помеха в дальней зоне не зависит от толщины ОК, что очень удобно. В то же время предложенная характеристика не является независимой от ранее рассмот­ренных. Она сильно зависит от скорости с ультразвука и слабее - от коэффициента рассеяния , который составляет основ­ную часть коэффициента затухания в чу­гуне. Отношение донный сигнал-помеха зависит также от качества акустического контакта. Предложенное отношение рекомендуется использовать вместо измерения скорости ультразвука для оценки степени шаровидности.