Teste ultrassônico de peças fundidas de ferro dúctil para verificar a nodularidade

Mar 25, 2023

Figura 1: Fundições automotivas típicas de ferro dúctil

Figura 2: Valores de velocidade do som para ferro fundido

Figura 3: Instrumento de teste ultrassônico e software adaptado

Figura 4: Configuração de teste em um tanque de imersão

Figura 5: Princípio de medição da velocidade do som

Figura 6: Os ecos da conversão de referência são resolvidos e as posições do portão são definidas.

Figura 7: Os limites de velocidade e espessura para o fundido a ser testado são calculados e inseridos no diálogo de configuração do teste ultrassônico.

Figura 8: O número de série, espessura e velocidade da fundição de referência são inseridos no diálogo de calibração.

Figura 9: TOF 1 é medido sem fundição no dispositivo de fixação (somente água).

Figura 9: TOF 1 é medido sem fundição no dispositivo de fixação (somente água).

Figura 10: TOF 2 é medido com o fundido em posição no dispositivo de fixação.

Figura 10: TOF 2 é medido com o fundido em posição no dispositivo de fixação.

Figura 11: Após um ajuste bem-sucedido, o valor medido é exibido e o sistema indica "Calibração OK".

Figura 11: Após um ajuste bem-sucedido, o valor medido é exibido e o sistema indica "Calibração OK".

Figura 12: Um operador carregando manualmente um fundido.

Figura 13: Descarga automatizada de um fundido por uma unidade pick-and-place.

Figura 14: Interface do operador mostrando gráfico de tendências, contadores de resultados, valores medidos e LEDs de sequência de teste.

Figura 15: Interface de usuário multicanal mostrando quatro canais ativos.

Figura 16: Interface de falha mostrando a configuração do teste de laminação.

Figura 17: Interface com falha mostrando a configuração do teste de interface.

O ferro dúctil é um material de fundição de ferro-carbono cuja matriz inclui carbono na forma de partículas nodulares de grafite. Nódulos de grafite arredondados na matriz de ferro dúctil oferecem maior resistência à concentração de tensões quando comparados aos flocos de grafite (como no ferro fundido cinzento) e, portanto, inibem a criação de trincas.

Componentes automotivos críticos para a segurança fundidos em ferro dúctil devem ser testados para verificar se eles incluem a porcentagem correta de nodularidade, pois uma falha catastrófica de uma dessas peças pode resultar em danos, ferimentos e até mesmo perda de vida. Os fabricantes empregam rotineiramente um método de teste destrutivo, análise de microestrutura, para verificar a nodularidade correta das peças de amostra. A análise de microestrutura é normalmente realizada no laboratório metalúrgico e, na melhor das hipóteses, representa apenas uma pequena amostra da produção total.

Como os componentes automotivos fundidos são usados ​​em aplicações críticas de segurança, como em sistemas de freio e direção, a nodularidade deve ser verificada para cada componente fundido. Como a análise de microestrutura é um método destrutivo, esse método torna os componentes testados inutilizáveis. Consequentemente, um método de teste não destrutivo é preferido, permitindo que 100% dos componentes em um lote de produção sejam testados.

A relação entre nodularidade e velocidade acústica em ferro dúctil é bem conhecida. Em geral, a velocidade do som diminui à medida que a nodularidade percentual diminui. As fundições que produzem peças fundidas de ferro dúctil estabelecem limites de aceitação/rejeição de velocidade do som para garantir que as peças fundidas tenham a nodularidade necessária.

Há uma diferença consistente na velocidade do som entre ferro puro, ferro fundido nodular e ferro fundido cinzento. Normalmente, o ferro elementar puro tem uma velocidade de aproximadamente 0,232 polegadas/microssegundo (in/µs), o ferro nodular tem uma velocidade de aproximadamente 0,222 pol/µs e o ferro cinzento tem uma velocidade de aproximadamente 0,192 pol/µs. As velocidades exatas para uma determinada aplicação variam dependendo da composição da liga, estrutura do grão e outras variáveis ​​do processo.

Devido à relação entre velocidade do som e nodularidade, o teste ultrassônico não destrutivo é uma ferramenta ideal para medir a nodularidade de peças fundidas. O sistema ultrassônico é ajustado usando fundições de "referência" representativas com valores de nodularidade conhecidos. A geometria da fundição de referência usada para referência deve ser dimensionalmente representativa das peças de produção que serão testadas.