本成果来源于黑龙江省教育厅科研项目。 与其他铸铁和普通碳素钢相比，球墨铸铁具有优越的力学性能，如：强度高、韧性好，耐磨性、吸震性和抗氧化性都比钢好，铸造性能比碳钢好，可用来铸造薄壁和形状复杂的零件，且生产工艺比铸钢简便，制造成本低。因此，广泛应用于核电、风电、水电、交通等领域的各种重要结构件、液压件等，并由此获得了巨大的经济和社会效益。但是，球墨铸铁的力学性能与其自身的球化率有直接关系，即球化率越高，球墨铸铁的力学性能越佳。因此，球化率是评价球墨铸铁力学性能的重要依据。 对于球墨铸铁球化率的检测方法目前已有多种，但大多都需要炉前制取试棒，检测时间较长，干扰因素较多，影响检测精度。随着国际范围内对球墨铸铁需求量的不断增加，对球墨铸铁质量也有更高的要求，很多方法已不能满足工艺检测的要求。目前对球墨铸铁球化率的检测是：按照球墨铸铁金相标准GB/T9441做金相检测，检测周期较长。在实际生产中，对墨铁铸件的金相检测为每批抽查，但根据球墨铸铁生产本身的特点，每包铁水受残余硫、镁、硅、球化剂和铁水温度等因素的影响，球化效果差异较大。因此，抽检带有随机性，常造成误判。为了保证球墨铸铁的在线生产要求，显然用金相检测法是很难达到要求的，有必要寻找一种能够对球墨铸铁球化率进行实时100%快速检测的方法。而采用超声波法检测球墨铸铁的球化率，可达到快速、准确、100%无损的检测效果。然而，超声波法检测球墨铸铁的球化率还存在诸多问题有待研究，因此，研究超声波与球墨铸铁球化率之间的关系，掌握超声波检测球墨铸铁球化率的关键技术，并构建球墨铸铁球化率超声波检测系统，对于提高球墨铸铁球化率的检测效率、保证重要零部件质量具有重要的意义。 本成果就是基于以上背景和工业生产需求，结合超声波技术，构建了一种对球墨铸铁球化率进行在线快速检测的系统，克服了金相法检测球化率需要制取金相试样、检测过程繁琐的缺点。 由于球墨铸铁球化率是影响杨氏弹性模量E的重要因素，而杨氏弹性模量E又影响超声波在固体介质中的传播速度，因此，球墨铸铁球化率与超声波在其内部传播速度的大小存在着一定的关系。以此为理论基础，利用压电传感器、任意波形发生器、数字示波器、位移传感器和计算机等构建了球墨铸铁球化率的超声波在线检测系统，并采用LabVIEW编写了相应的软件程序。任意波形发生器发出的激励信号施加在压电传感器上，产生超声波，然后通过数字示波器接收被测球墨铸铁试样两端的超声波，并传送给计算机。通过计算，求得超声波在被测球墨铸铁内部的传播时间。再通过测量被测球墨铸铁试样的长度，进而求得超声波在被测试样内部的传播速度。 根据测得的已知球化率的标准球墨铸铁试样中超声波的传播速度，以及金相检测得到的球化率，建立了超声波传播速度和球化率之间的关系模型，并分析得出声速与球化率之间存在很好的相关性。结果表明，利用建立的关系模型，可以通过该系统测得超声波声速，快速给出球墨铸铁件的球化率，准确率大于96%，具有良好的重复性，满足生产线检测要求。 由于球墨铸铁的生产工艺千变万化，当建立关系模型的试验样本数量有限时，会造成了超声波传播速度和球化率之间的关系模型的准确度降低。这就需要根据生产现场在线积累一定的数据样本，对其模型进行修正，提高球化率检测的准确性。

哈尔滨理工大学

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