蠕墨铸铁凭借良好的机械性能和铸造性能广泛地应用于承受较高机械热应力的工作环境，如大型柴油机的缸体缸盖，制动盘等，良好的致密性又使其特别适用于液压件的生产。但生产蠕墨铸铁的难点却是蠕化率的波动，蠕化率不仅是判定石墨蠕化好坏和评定蠕墨铸铁质量与生产工艺水平的重要指标,也是蠕墨铸铁质量控制与验收的依据。在生产蠕墨铸铁过程中，既要防止处理不足出现片状石墨，又要防止因处理过剩而生产过量的球状石墨，而且熔炼时间和浇注时间的控制也需要技术熟练的技术人员，因此对蠕墨铸铁蠕化率的检测成为重中之重。目前，企业蠕墨铸铁生产线的检测方法主要是金相法，该方法需要检测人员极高的熟练度及经验，且需要的时间长，因此，开发一种快速、准确的检测方法是必要的。 超声波法是一种有望实现在线快速检测蠕墨铸铁蠕化率的方法，该方法是基于预先建立的超声波声速与蠕墨铸铁蠕化率之间的关系模型，利用超声波声速来快速预测蠕化率的。其中超声波声速的测量极为重要，直接关系到蠕化率判别的精度。目前，很多研究围绕超声波法蠕化率检测系统以及蠕化率和声速间关系模型开展研究，并取得了一定的进展，但对试样组织及分析精度要求很高，所建立的模型由于脱离实际生产而不能真正用于生产线上。 本研究成果针对这一现状，对影响蠕化率检测结果的因素（如被测试样表面粗糙度、被测试样平面平行度、超声波探头与试样检测面垂直度、超声波耦合剂的种类和耦合层厚度、铸件基体组织等）进行了大量的试验及模拟研究。结果表明：被测试样的上下两平面平行度平均每改变0.1°，会带来4.58m/s的差值；探头与试样表面垂直度与超声波声速大致呈线性关系，倾角大约每增加0.1°，超声波声速减小约4.92m/s；超声波声速随珠光体含量增加稍有增加，但变化很小，几乎可忽略不计；一般机械加工获得工件的粗糙度（Ra≤5）不会对声速测试带来影响；常用耦合剂对蠕墨铸铁的声速测量造成的影响不大，可在它们之间自由选择；耦合剂厚度每增加0.05mm，声速降低32.9m/s，会对声速的测量带来较大影响。 在上述研究结果的基础上，通过生产现场取样和实验室浇注试样，借助定量金相分析软件，按照标准GB/T26656对若干个试样进行了蠕化率的定量分析，同时通过超声波测速仪进行声速测量。利用MATLAB通过分段回归分析的方法以声速在[5060, 5200)m/s、[5200, 5400]m/s、(5400, 5700]m/s的区间，分别建立了蠕化率-声速的直线关系模型、指数关系模型和直线关系模型，每个关系模型的方差R2均大于0.9，说明拟合程度良好。 生产线的试验验证结果表明，以金相法为基准，当误差值在±5%以内时，模型预测蠕化率的准确率在92%以上，在区间[5200-5400]的准确率为95%，在区间(5400-5700]的准确率为93%。完成了到目前为止对超声波检测蠕墨铸铁蠕化率最精确的、适合于缸体缸盖铸造生产线的数学模型。这对构建超声波在线检测蠕墨铸铁蠕化率监测仪奠定了基础。

哈尔滨理工大学

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