Messung der Kugelgraphitbildung in Gusseisen mittels Ultraschallprüfung

In diesem Anwendungsbeispiel wird erklärt, wie man den Grad der Kugelgraphitbildung in Gusseisen misst und Kugelgraphitgusseisen von Grauguss unterscheidet. Erfahren Sie mehr über die Ultraschallprüfgeräte und -techniken, die zur zerstörungsfreien Messung der Kugelgraphitbildung in Gusseisen verwendet werden.

Gusseisenherstellung

Kohlenstoff wird in Form von Graphit häufig als Zusatzstoff bei der Herstellung von Gusseisen verwendet und ist in herkömmlichem Gusseisen zu 2 bis 4 Gewichtsprozent oder 6 bis 10 Volumenprozent enthalten. Die Mikrostruktur des Graphits in Gusseisen hat großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Gussteils. Bildet der Graphit dünne Flocken, entsteht Grauguss, der hart und spröde ist. Nimmt der Graphit eine Kugelform an, entsteht Kugelgraphitgusseisen, das weich und schmiedbar ist.

Grauguss und Kugelgraphitgusseisen werden durch Zugabe von Kohlenstoff, Silizium und anderen Zusätzen zu geschmolzenem Eisen hergestellt. Häufig erfolgt ein Teil dieses Mischens in der endgültigen Form. Wenn das Mischen nicht gleichmäßig ist oder der Gießprozess andere Unregelmäßigkeiten aufweist, kann das Gussteil Abweichungen in der Kugelgraphitbildung oder Grauguss im Kugelgraphitgusseisen aufweisen. Diese Abweichungen ändern die mechanischen Eigenschaften des Metalls erheblich, sodass das Kugelgraphitgusseisen in der Gießerei auf Homogenität überprüft werden muss. Ebenso wichtig ist, dass das Graphit im Gussteil gleichmäßig verteilt ist und die Graphiteinschlüsse die richtige Form haben (Kugelform statt Flocken).

Mikroskopische Untersuchung und Zugfestigkeitstests sind effektive Methoden zur Überprüfung der Kugelgraphitbildung. Eine weitere Möglichkeit ist die Ultraschallprüfung, bei der die unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten von Kugelgraphitgusseisen und Grauguss gemessen werden können. Dieses Verfahren wird bevorzugt, da es eine schnelle, zerstörungsfreie Bewertung eines Gussteils ermöglicht.

Ultraschallprüfgeräte für die zerstörungsfreie Messung der Kugelgraphitbildung in Gusseisen

Die zerstörungsfreie Messung der Kugelgraphitbildung kann mit jedem Ultraschallgerät durchgeführt werden, das die Schallgeschwindigkeit messen kann, einschließlich Dickenmesser, Prüfgeräte und Impulsempfängern. Unsere Präzisionsdickenmessgeräte ermöglichen speziell die direkte Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Gusseisen und anderen Materialien auf der Basis einer eingegebenen Dickenjustierung. Dazu gehören die Dickenmessgeräte 39DL PLUS und 45MG mit der Software für Einzelschwinger-Messköpfe. Bei Dicken von mehr als etwa 25 mm (1 Zoll) wird für diese Dickenmessgeräte häufig die Softwareoption für hohe Schalldurchdringung empfohlen.

Um eine Kugelgraphitbildung mit einem Dickenmessgerät zu messen, drücken Sie einfach eine Taste zur Eingabe der Dicke. Basierend auf diesem eingegebenen Dickenwert und der gemessenen Impulslaufzeit errechnet sich automatisch die Schallgeschwindigkeit. Verwenden Sie eine Hoch/Niedrig-Alarmfunktion, um Bedingungen außerhalb des Toleranzwertes zu identifizieren. Verbinden Sie das Dickenmessgerät mit einem Messkopf, der für den Dickenmessbereich geeignet ist. Eine gängige Wahl ist ein M1036 2,25 MHz Kontaktmesskopf. Die Genauigkeit der Schallgeschwindigkeitsmessung beträgt in der Regel 0,1 %.

Das 72DL PLUS Dickenmessgerät bietet einen größeren Touchscreen und eine höhere Messaktualisierungsrate (bis zu 2 kHz) als die Dickenmessgeräte 39DL PLUS und 45MG. Dieses Präzisionsdickenmessgerät bietet auch eine höhere zeitliche Messauflösung, was zu präziseren Schallgeschwindigkeitsberechnungen führt. Zudem bietet das 72DL PLUS eine größere Konnektivität über drahtlose und verkabelte Kommunikationsoptionen, was ideal für die Systemintegration ist.

EPOCH Prüfgeräte, wie EPOCH 650 und EPOCH 6LT, können auf ähnliche Weise verwendet werden, um eine unbekannte Geschwindigkeit zu messen. Ist das Prüfgerät mit einem geeigneten niederfrequenten Messkopf justiert, so wird ein Rückwandecho von einem Abschnitt mit bekannter Dicke erfasst. Anschließend wird eine Geschwindigkeitskalibrierung vorgenommen und auf der Grundlage der erkannten Echos die Schallgeschwindigkeit im Material berechnet.

Ultraschallprüfverfahren zur Messung der Kugelgraphitbildung in Gusseisen

Es besteht eine konstante Differenz zwischen den Schallgeschwindigkeiten in reinem Eisen, in Kugelgraphitgusseisen und in Grauguss. Üblicherweise beträgt die Schallgeschwindigkeit in reinem elementarem Eisen etwa 5,9 mm/µs, in Sphäroguss etwa 5,6 mm/µs und in Grauguss etwa 4,8 mm/µs. Die genauen Schallgeschwindigkeiten variieren abhängig von der Zusammensetzung der Legierung, der Kornstruktur und anderen Prozessvariablen für jede Anwendung. Überprüfen Sie immer die genauen Schallgeschwindigkeiten anhand von Justierstandards für das Prüfmaterial.

Wir empfehlen, für die verschiedenen Anwendungen jeweils ein eigenes Diagramm der Schallgeschwindigkeit versus Kugelgraphitbildung zu erstellen. Veröffentlichte wissenschaftliche Arbeiten zeigen, dass die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und dem Kugelgraphitanteil nicht linear ist (¹. Jedoch kann sich bei sonst identischen Gussteilen mit demselben prozentualen Gehalt an Graphit die Schallgeschwindigkeit stark unterscheiden, wenn das Graphit in unterschiedlicher Form vorliegt, d. h. in Flockenform (Grauguss) oder in Kugelform (Kugelgraphitguss).

Zur Messung der Schallgeschwindigkeit muss die Dicke des Prüfteils bekannt sein. In der Regel werden Ultraschallprüfungen auf Kugelgraphitbildung in einem Gussteil dort vorgenommen, wo die Dicke mit einem Mikrometer oder einem Messschieber bestimmt werden kann. Eine genaue Messung der Schallgeschwindigkeit ist nur dann möglich, wenn die Dicke am Prüfpunkt bekannt ist.

Zudem lassen sich auch vorhandene Graugusseinschlüsse in Kugelgraphitgusseisen erkennen. Da die Schallgeschwindigkeit in Grauguss niedriger ist als in Kugelgraphitgusseisen, ist die Impulslaufzeit in einem Gussteil mit Graugusseinschlüssen, länger als in einem Gussteil, das vollständig aus Kugelgraphitgusseisen besteht. Auch die gemessene Schallgeschwindigkeit ist geringer. Angesichts der komplexen Variablen, die die Gießprozesse beeinflussen können, empfehlen wir die Prüfung basierend auf Justierstandards mit bekannter Zusammensetzung hinzuzufügen. Ein lokalisierter begrenzter Abfall der Schallgeschwindigkeit in Kugelgraphitgusseisen ist jedoch in der Regel ein Zeichen für ein mögliches Problem.

Hinweis: Die Kugelgraphitbildung und weitere Aspekte der Mikrostruktur von Graphit in Gusseisen können auch mikroskopisch unter Verwendung einer von Evident entwickelten Software analysiert werden. Mehr erfahren Sie in unserem Anwendungsbeispiel über die Gusseisenanalyse.

Literaturnachweise

1. ASM International, Metals Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Park, Ohio 1989 (9. Aufl.), S. 531–535.
2. Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm