Đo mật độ hạt trong gang bằng phương pháp kiểm tra siêu âm

Bài viết này giải thích cách đo mức độ hạt trong gang và phân biệt các loại gang với gang xám. Tìm hiểu về các thiết bị và kỹ thuật kiểm tra siêu âm được sử dụng để thực hiện kiểm tra mật độ hạt trong gang mà không cần phá mẫu.

Tham khảo thêm Tự động hóa việc đánh giá cấu trúc hạt của vật đúc gang cầu sử dụng đo lường siêu âm

Gang cầu và gang xám

Gang cầu (tiếng Anh: ductile iron, ductile cast iron, nodular cast iron, spheroidal graphite iron, spheroidal graphite cast iron, SG iron) còn được gọi là gang bền cao có than chì ở dạng cầu nhờ biến tính gang xám lỏng bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang do graphit ở dạng cầu tròn, bề ngoài cũng có màu xám tối như gang xám. Nên khi nhìn bề ngoài không thể phân biệt hai loại gang này.

Carbon ở dạng than chì thường được sử dụng làm chất phụ gia trong sản xuất gang, chiếm từ 2 đến 4% trọng lượng hoặc 6 đến 10% thể tích trong các sản phẩm đúc thông thường. Cấu trúc vi mô của than chì trong gang có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của vật đúc. Khi than chì tự sắp xếp thành các vảy mỏng, gang có màu xám, cứng và giòn. Khi than chì có dạng các nốt hình cầu, chúng ta có gang cầu mềm và dễ uốn hơn.

Cả gang xám và gang cầu đều được tạo ra bằng cách trộn cacbon, silicon và các chất phụ gia khác vào thép nóng chảy. Thông thường, quá trình trộn này được thực hiện ở giai đoạn khuôn cuối cùng. Nếu quá trình trộn không đồng đều hoặc quá trình đúc có các khiếm khuyết khác thì vật đúc có thể có các dạng nốt khác nhau hoặc có các túi gang xám lẫn trong gang cầu. Những biến đổi này sẽ làm thay đổi đáng kể tính chất cơ học của kim loại, vì vậy các xưởng đúc cần kiểm tra tính đồng nhất của gang cầu. Cần chú ý là sự phân bố than chì trong vật đúc phải đồng đều và các thể vùi than chì ở dạng phù hợp (các nốt sần chứ không phải dạng vảy).

Kiểm tra bằng kính hiển vi và thử độ bền kéo là những phương pháp hiệu quả để kiểm tra cấu trúc hạt. Một lựa chọn khác là thử nghiệm siêu âm, có thể đo được vận tốc âm và phân biệt gang xám và gang cầu. Phương pháp này được ưa chuộng vì nó cung cấp đánh giá nhanh, không phá hủy đối với vật đúc.

Thiết bị kiểm tra siêu âm được sử dụng để kiểm tra độ hạt không phá hủy trong gang

Kiểm tra độ hạt không phá hủy có thể được thực hiện với bất kỳ dụng cụ siêu âm nào có thể đo tốc độ âm, bao gồm máy đo độ dày, thiết bị kiểm tra khuyết tật. Để đo vận tốc chuyên dụng, máy đo độ dày chính xác của chúng tôi có thể cung cấp số liệu trực tiếp về vận tốc âm trong gang và các vật liệu khác dựa trên hiệu chuẩn độ dày đã biết. Chúng bao gồm các dòng máy đo 39DL PLUS™ và 45MG với phần mềm Single Element. Đối với độ dày lớn hơn khoảng 25 mm (1 in.), tùy chọn phần mềm Độ xuyên thấu cao cho thiết bị đo thường được báo kèm.

Để thực hiện kiểm tra độ dày bằng máy đo độ dày, chỉ cần nhấn phím để nhập dữ liệu độ dày. Vận tốc âm thanh được tính toán tự động từ độ dày đã nhập này và thời gian truyền xung đo được. Sử dụng chức năng báo động mức cao/thấp để xác định các điều kiện vượt quá mức cho phép. Ghép nối thiết đo với đầu dò thích hợp cho phạm vi độ dày được đo. Một lựa chọn phổ biến là đầu dò tiếp xúc M1036 2,25 MHz do có khả năng đâm xuyên tốt trong gang. Độ chính xác của phép đo vận tốc thường ở mức một phần nghìn.

Máy đo 72DL PLUS™ cung cấp màn hình cảm ứng lớn hơn và tốc độ cập nhật phép đo cao hơn (lên đến 2 KHz) so với máy đo 39DL PLUS và 45MG. Máy đo độ dày chính xác 72DL cũng cung cấp độ phân giải đo thời gian cao hơn, giúp tính toán vận tốc âm thanh chính xác hơn. Ngoài ra, máy đo 72DL PLUS cung cấp khả năng kết nối tốt hơn thông qua các tùy chọn giao tiếp không dây và có dây, lý tưởng cho việc tích hợp hệ thống.

Bất kỳ thiết bị phát hiện khuyết tật EPOCH™ nào, chẳng hạn như thiết bị EPOCH 650 và EPOCH 6LT, đều có thể được sử dụng theo cách tương tự để đo vận tốc chưa xác định. Với máy dò khuyết tật được hiệu chỉnh cho đầu dò tần số thấp thích hợp, thu được xung phản xạ mặt đáy từ một vật kiểm có độ dày đã biết và thực hiện hiệu chuẩn vận tốc, sẽ tính toán vận tốc vật liệu dựa trên xung phản xạ đã phát hiện.

Quy trình kiểm tra siêu âm để đo độ hạt trong gang

Có sự khác biệt về vận tốc sóng âm giữa sắt nguyên chất, gang cầu và gang xám. Thông thường, sắt nguyên tố nguyên chất có vận tốc khoảng 0,232 in./µs (5,9 mm/µs), gang cầu có vận tốc khoảng 0,222 in./µs (5,6 mm/µs) và gang xám có vận tốc khoảng 0,192 in./µs (4,8 mm/µs). Vận tốc chính xác cho ứng dụng của bạn sẽ khác nhau tùy thuộc vào thành phần hợp kim, cấu trúc hạt và các biến số quy trình khác. Luôn xác minh vận tốc chính xác dựa trên các tiêu chuẩn hiệu chuẩn cho vật liệu thử.

Chúng tôi khuyên bạn nên thiết lập biểu đồ vận tốc của riêng mình đối chiếu với giá trị phần trăm nốt có trong vật liệu cho mỗi ứng dụng. Nghiên cứu được công bố chỉ ra rằng mối quan hệ giữa vận tốc và phần trăm số lượng nốt sần không phải là tuyến tính. Tuy nhiên, có thể có sự khác biệt đáng kể về vận tốc âm thanh giữa hai vật đúc giống hệt nhau chứa cùng một tỷ lệ than chì – một vật đúc có than chì ở dạng vảy (gang xám) và vật đúc kia có than chì hình cầu (gang cầu).

Lưu ý rằng việc đo tốc độ âm thanh đòi hỏi phải biết độ dày của mẫu thử. Thông thường, các nhân viên thực hiện kiểm tra độ hạt siêu âm tại các điểm trên vật đúc nơi độ dày có thể được đo một cách cơ học bằng micromet hoặc thước cặp. Không thể đo vận tốc chính xác nếu không biết độ dày tại điểm kiểm tra.

Một ứng dụng khác có thể phát hiện bằng siêu âm là sự hiện diện của tạp chất sắt xám trong vật đúc bằng sắt dạng nốt. Tốc độ âm thanh của sắt xám thấp hơn tốc độ âm thanh của gang cầu, do đó thời gian truyền xung qua vật đúc có tạp chất gang xám dài hơn vật đúc hoàn toàn bằng gang cầu. Tốc độ âm thanh đo được cũng thấp hơn. Với các biến số phức tạp ảnh hưởng đến vật đúc thực tế, chúng tôi khuyên bạn nên thiết lập thử nghiệm dựa trên các tiêu chuẩn hiệu chuẩn có thành phần đã biết. Tuy nhiên, sự sụt giảm cục bộ về tốc độ âm thanh trong vật đúc bằng gang cầu thường là dấu hiệu của một vấn đề tiềm ẩn.

Lưu ý: Các nốt sần và các khía cạnh khác của cấu trúc vi mô than chì trong gang cũng có thể được phân tích bằng kính hiển vi bằng phần mềm diễn giải do Evident phát triển. Tìm thêm thông tin chi tiết trong ghi chú ứng dụng của chúng tôi về phân tích gang .

Tài liệu tham khảo

• ASM International, Sổ tay kim loại, Tập 17, Đánh giá không phá hủy và Kiểm soát chất lượng, Metals Park, Ohio 1989 (Ấn bản thứ chín), trang 531–535.
• Phân loại đặc tính gang bằng phương pháp siêu âm, http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm