球墨铸铁件中石墨球化率的测量方法

Ｍａｎａａｅｍｅｎｔ＆Ｏｔｈｅｒ　

球墨铸铁件中石墨球化率的测量方法　

王晓刚，李鑫泉，薛鹏，胡建华　

（北京万源工业有限公司，北京１０００００）　

摘要：在铸造行业中，检验产品好坏的一个重要指标就是球墨铸铁件球化率，它直接决定产品是否合格。现阶段检验球　

化率的主要方法是超声波法及金相法。金相法需要参照对比图进行评定，只能适用于附铸试块样品检测。超声法则是无损　检测方法，适于生产线上的快速检测。　关键词：质量指标；合格率；检测　中图分类号：ＴＧ２５５　文献标识码：Ａ　

球墨铸铁属于行业内经常可以见到的金属材料，它的优　点是强度特别高，与中碳钢强度相差无几…，并且拥有极高韧　

性及一些塑性，因此被大规模地制作那些高韧性并且形状繁　复的零件。如今全球球墨铸铁使用范围的变大，其相应的金　

相检验要求也更苛刻，并且对渗碳体数量、石墨大小、磷共　

晶数量、分散分布的铁素体数量、珠光体数量及球化分级都　提出了新的定量规定。由于近几年，金相分析中更多地运用　

到了计算机技术，导致金相分析技术从传统的定性工作方式　

慢慢向定量金相分析方向发展，为此，本文重点介绍定量金　

相分析技术在球墨铸铁金相检测中的应用。　

１测量方法的原理　

一般来说，定量金相检测系统是由计算机图像检测软件、　

图像采集器和光学显微镜组成的　。图像采集器和光学显微镜　

目的是让金相试样转化为图像显示。光学显微镜可以针对金　

相试样做直观的定性金相测定。首先利用定量分析结果，通　过计算机转换为图像，再通过图像分析软件针对图像做测定。　

而图像是各灰度点所组成的，通过数学符号表ｉ（ｘ，Ｙ），Ｘ和　

ｙ表示图像上各点像素坐标，ｉ代表灰度。图像分析软件是利　

用存储图像中各点的灰度区分每个图像组成方式。图像分析　软件利用数字图像所要求测量的特征及灰度大型，规定灰度　

值阈值为Ｔ。关于数字图像上每个像素点，如果它呃灰度值　

≥Ｔ，就使用白色代表它原本灰度；如果灰度值＜Ｔ，就使用　黑色代表它原本灰度值，此种方法方便把灰度图像变换为仅　

有黑白灰度的二值图像，接下来对图像做适合的处理，让图　

像分析软件可以快速测量二值图像的周长、面子、粒子计数等，　

最后按照金相检验标准针对此图像完成定量分析。　

依照ＧＢ／Ｔ　９４４１—１９８８的标准，球墨铸铁金得出的检验　

结果中有渗碳体数量、分散分布的铁素体数量、珠光体数量、　石墨大小、磷共晶数量和球化等级，。而其检验结果可以分成　

两类：（１）基体内第二相检验；（２）球墨铸铁石墨大小及球　

化等级。当中，球墨铸铁基体内第二相检验由渗碳体数量、　磷共晶数量、分散分布的铁素体数量及珠光体数量组成，它　

们全部是利用计算基体内第二相百分含量测定其珠光体级别　

高低。定量金相分析技术服务于这些项目，为这些项目的的　

收稿日期：２０１７年４月　作者简介：王晓刚，男，生于ｌ９８６年，甘肃酒泉市人，大学本科，现　在北京万源工业有限公司任职，助理工程师。主要从事风电机组零部件球　墨铸铁件的质量管控。　

７６　文章编号：１　１—５００４（２０１　７）０５—００７６—２　

检测过程提供更加精准的数据。本文通过ＳＩＳＣ　ＩＡＳ８．０显微　

镜及Ｌａｉｃａ光学显微图像分析软件，对球墨铸铁（ＱＴ４００－１５）　的抽检样质量的珠光体数量、石墨大小及球化率做检验。　

２金相测量法　

将球化率和球化级别按ＧＢ／Ｔ９４４１－１９８８《球墨铸铁金相　检验　行评定　】，可将其球化级别分为６个级别。先检测表面，　

再从其最差的区块鉴定，连续检测６个视场，对其中３个最　差的视场进行级别图谱评定。其中，孕育处理及球化处理是　

提高球化率的关键。详见表１。　表１　６个视场球墨铸铁件材料测试结果　

光学放大　浸蚀　材料及　处　视场　组织及说明　倍数　剂　状态　理　

未侵　球墨铸　铸　石墨呈球状，少数团状，球化率为　１　１００×　蚀　铁　态　≥９５％，球化级别为１级　

未侵　球墨铸　铸　石墨大部分呈球状，余为团状　２　１００×　和极少馥团絮状，球化率为　蚀　铁　态　９０％～＜９５％，球化级别为２级　

未侵　球墨铸　铸　石墨大部分呈团状和球状，余为冈　３　ｉ００×　絮状，球化率为８０％～＜９０％，球　蚀　铁　态　化级别为３级　

未侵　球墨铸　铸　石墨大部分呈团絮状和团状，少最　４　１００×　蠕虫状，球化率为７０％～＜８０％，　蚀　铁　态　球化级别为４级　

未侵　球墨铸　铸　石墨呈分散分布的蠕虫状和球　５　１００×　状、团状、　絮状，球化率为　蚀　铁　态　６０％～＜７０％，球化级别为５级　

未侵　球墨铸　铸　组织及说明：图中石墨呈聚集分布　６　１００×　的蠕虫状和片状及球状、团状、团　蚀　铁　态　絮状，球化级别为６级　

风力发电机组机舱、轮毂球墨铸铁件技术要求规定球化　率大于９０％以上，球化级别２级以上。从实际检测中选取了　

球化率大于９０％以上和球化率小于９０％的金相进行比较，以　

供参考评定。详见表２。　

金相法测定球化率——直观、精确。　

３超声波测量法　

在球墨铸铁件中，超声波传播速度和球铁球化程度成等　

比关系，即球化程度越高，超声波传播的速度越快。所以可　以利用测量得到的球墨铸铁超声波传播速度来测定其球化率。　

举例说明：　（下转第７５页）

　３提高电气自动化可靠性测试的措施　

３．１合理设计电气自动化控制设备　

在设计电气自动化控制设备上要求设计工作人员严格按　照设备的具体要求与特征来选择适宜的散热装置、元器件等，　分布上注意合理科学，这样才能降低设备各元件之间的互相　干扰率，才能确保可靠性测试的准确性及其系统性。此外，　还要注意确保构成设备的零部件和元件一定是由专业厂家所　生产的，并尽可能选择最少的零部件规格及品质，以确保每　

一个零部件的性能达到最佳状态，延长元件的使用寿命，让　设备的装配程序和后期维修都得到简化和降低，让精度等级　降低的同时设备可靠性测试的准确度却能够得以提高。　

３．２提高设备测试的气候防护力度　

电子设备会受到潮湿、烟雾等恶劣环境的影响，从而影　响设备可靠性测试的准确度。所以我们在进行可靠性测试时　

一定要注意采取防烟雾、防污染等各种保护措施来减少环境　对电子设备所带来的不良影响。此外，还需要注意气候的空　气湿度如果比较高，则电气自动化控制设备的电路板和其他　元件都可能会发生产色和凝露情况，降低设备的性能，可靠　性测试的精确度也会受很大影响。　

３＿３对设备进行散热维护　

电气自动化控制设备在其生产运行时，其所消耗的大部　分电能都是通过热能这一形式来散失的，像大功率晶体电子　管等需要消耗较大功率的元件更是如此，继而让设备在运转　时产生大量的热量。一旦设备运行时外界环境的温度也比较　高的时候，则设备运转所产生的热量不能及时有效的散发出　去，控制设备的温度就会继续上升，当温度大于元件所能承　２０１７年５月期中国金属通报　

受的最高温度之后就会发生元器件的热击穿现象。由此可见，　对设备进行散热防护是非常重要的，尤其是消耗功率较大的　元件更需要安装散热器，这样才能确保设备运行的可靠性，　提高设备可靠性测试的准确率。值得一提的是，在安装散热　器时切忌不能大范围的和散热器外壳进行接触，发生接触的　地方需要涂抹一定量的导热膏，并确保安装时肋片处于垂直　状态，这样才能保证设备散热的效果，提高设备运行的正常　和可靠性。　

４结语　

电气自动化设备运行是否正常、安全直接关系到企业生　产的产品质量和经济效益，以及设备和操作人员的安全，因　此我们必须提高电气自动化设备测试的可靠性。由于设备的　设计安装、实际使用情况等都有所不同，所以我们在选择测　试方法上必须严格根据设备特征等情况来选择合适的测试方　法，并注意散热防护等注意事项，这样才能有效提高设备测　试的可靠性，确保设备的正常、安全运行。豳　

参考文献　

［１】　张文英．提升电气自动化控制设备可靠性探讨［ＪＪ．中国高新技术企业，　２Ｏｌ５（２０）．　［２】　朱建新．电气自动化控制设备的可靠性测试探究【Ｊ】．通讯世界，２０１４（２１）．　【３】　李乐超．电气自动化控制设备的可靠性５Ｊ＇－，￣ｒｒ［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１３（３２）．　［４１　有磊，张冲．提高电气自动化控制设备可靠性测试水平的有效策略【Ｊ】．中　国科技投资，２Ｏ１３（Ａ３２）：１６１．　【５］　费磊．电气自动化控制设备可靠性的相关分析【Ｊ］．科技致富向导，２０１３（２４）．　【６】　马德新；王术贺．电气自动化控制设备的可靠性测试【Ｊ］．黑龙江科技信　息，２０１１（１９）．　

（上接第７６页）　

表２根据球化率测试球墨铸铁件材料球化率的结果　表３　ＵＳＮ６Ｏ超声波探伤仪测量球化率的结果　

球化　光学放　浸蚀剂　材料及　处　组织及说明　蛊　大倍数　状态　理　球化率大于９０％以上，图中　硝酸：硫　球墨铸　铸　石墨大部分呈球状，余为网　＜９０％　１Ｏ０×　酸：水　铁　态　状和极少量团絮状，球化级　：１：１：２侵蚀　别为１—２级　

球化率小于９０％，图中石墨　大部分呈团絮状和团状，少　硝酸：硫　球墨铸　铸　量蠕虫状，或石墨呈聚集分　＞９０％　１００×　酸：水　铁　态　布的蠕虫状和片状及球状、　；１：１：２侵蚀　团状、团絮状，球化级别为　３－６级　

使用ＧＥ　ＵＳＮ６０超声波探伤仪的操作方法：超声波声速　法——怏速测量球化率：采用超声波方法，首先用探头和铸　

件结合，利用测量物体的厚度，机器就会检测出声波速度即　

声速，以分析材料内部组织疏密程度。预先将球墨铸铁不同　

球化率百分比（通过金相法）试样做出表格，分别测量其不　

同的声速值，对铸件进行批量检查。详见表３。　球墨铸铁球化率超声检测的优点：性能稳定、结果准确、　

检测效率高、操作简单。　

在生产中超声波测量法与金相测量法可互相结合，有效、　

准确的检测出球墨铸铁件的球化率是否满足要求。　

４结束语　

上述是对六个视场进行分析所得的结果，若需要更加客　

观的数据，可以采集更多的视场，之后做统计计算，这些过　工　标准厚　实际厚　厚度偏　实测声　测得球化率　声速对应球化率金相　波速度／　件　度／ｎｕｎ　度／ｍｍ　差／ｍｍ　等级　等级范围标准　（Ｍ／Ｓ）　

１　９０　８９　９４　一Ｏ　Ｏ６　５６３７　６级　５６３０—５４４５（６级）　２　９０　８９．９４　一Ｏ　０６　５６５０　５级　５６４５—５６６０（５级）　３　９０　９Ｏ．１６　＋Ｏ．１６　５６６０　３～４级　５６６０—５６８０（３—４级）　４　９０　８９　８８　—０．１２　５６９１　２级　５６８０—５７００（２级）　５　９０　９Ｏ　１１　＋０．１１　５７１９　１级　５７００—５７５０（１级）　

程分析软件能够自主完成。而关于分析多少个视场能够得到　

最客观的数据，暂时还不得而知。　尽管图像处理软件已经发展改进几十年，系统较为成熟，　

功能较为完备，但是由于对球墨铸铁金相标准的错误认知及　

本身技术的局限性，导致其在实际应用过程中比较容易发生　

一些错误，所以需要软件开发商针对这些问题完善系统，也　需要使用者完全了解软件的测试原理，能够掌握其使用方法　

及做好设置，以确保高效、准确地使用软件。固　

参考文献　

［１ｊ　刘继雄，陈士华．球墨铸铁中石墨大小及球化率的测定【Ｊ】．中国体视学　与图像分析，２００８，１３（２）：１３８－１４０．　【２】　冯伟标，李涛．球墨铸铁金相定量分析方法探讨［Ｊ］．现代铸铁，２０１５，　３５（６）：３５—４０．　【３】　柯志敏，何良荣，陈永成．镧系球化剂在球墨铸铁件生产中的应用【Ｊ】．　中国铸造装备与技术，２０１６（１）：１６－１８．