이 애플리케이션 노트에서는 주철의 결절형성 정도를 측정하고 결정성 철을 회주철과 구별하는 방법을 설명합니다. 주철의 비파괴 결절형성 검사를 수행하는 데 사용되는 초음파 검사 장비와 기술에 대해 알아보십시오.
주철 생산
흑연 형태의 탄소는 흔히 주철 생산 시 첨가제로 사용되며, 일반적인 주물에서는 무게의 2%~4% 또는 부피의 6%~10%를 차지합니다. 주철 내 흑연의 미세 구조는 주물의 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 흑연이 얇은 플레이크로 배열되면 딱딱하고 잘 부서지는 회주철이 됩니다. 흑연이 구형 결절의 형태가 되면 부드럽고 가단성 있는 결정성 철이 됩니다.
회주철과 결정성 철은 둘 다 탄소, 규소, 기타 첨가제를 용융철에 혼합하여 만듭니다. 이 혼합물은 최종 주형에서 만들어지는 경우가 많습니다. 혼합물이 균일하게 섞이지 않거나 주조 공정에 다른 결함이 있으면, 주물에 결절형성 변형이 발생하거나 결정성 철 주물 내에 회주철 포켓이 생길 수 있습니다. 이러한 변형은 금속의 기계적 특성을 크게 변화시키므로 주조 공장에서는 결정성 철의 균일성을 확인해야 합니다. 흑연이 주물 내에서 균일하게 분포되고 흑연 개재물이 올바른 형태(플레이크가 아닌 결절)로 되어 있는 것이 중요합니다.
결절형성을 효과적으로 확인하는 방법으로는 현미경 검사와 인장 강도 시험이 있습니다. 또 다른 옵션은 결정성 철과 회주철의 뚜렷한 음속을 측정할 수 있는 초음파 검사입니다. 이 방법은 비파괴적으로 신속하게 주물을 평가할 수 있어 더 선호됩니다.
주철의 비파괴 결절형성 검사에 사용되는 초음파 검사 장비
두께 측정기, 결함 탐상기, 펄스 수신기 등 음속을 측정할 수 있는 모든 초음파 기기로 비파괴적 결절형성 검사를 수행할 수 있습니다. 모든 속도 측정 전용 Olympus 정밀 두께 측정기는 입력된 두께 보정을 기반으로 주철과 기타 재료의 음속을 직접 판독할 수 있습니다. 여기에는 단일 요소 소프트웨어를 갖춘 38DL PLUS™ 측정기와 45MG 측정기가 포함됩니다. 두께가 약 25mm(1인치)보다 두꺼우면 보통 측정기에 대해 높은 투과율을 제공하는 소프트웨어 옵션이 권장됩니다.
두께 측정기를 사용하여 결절형성 검사를 수행할 때는 키를 눌러 두께 데이터를 입력하기만 하면 됩니다. 입력된 두께와 측정된 펄스 전달 시간으로 음속이 자동으로 계산됩니다. 고/저경보 기능을 사용하여 허용 오차를 벗어난 조건을 식별합니다. 측정 중인 두께 범위에 적합한 변환기와 측정기를 페어링합니다. 일반적으로 M1036(2.25MHz) 접촉식 변환기가 선택됩니다. 속도 측정 정확도는 일반적으로 0.1% 정도입니다.
72DL PLUS™ 측정기는 38DL PLUS 및 45MG 측정기보다 더 큰 터치스크린 화면과 더 빠른 측정 업데이트 속도(최대 2KHz)를 제공합니다. 또한 이 정밀 두께 측정기는 더 높은 시간 측정 분해능을 제공하여 더 정밀한 음속 계산이 가능합니다. 또한 72DL PLUS 측정기는 시스템 통합에 적합한 무선 및 유선 통신 옵션을 통해 더 우수한 연결성을 제공합니다.
EPOCH 650 및 EPOCH 6LT 기기 등 모든 EPOCH™ 결함 탐상기를 유사한 방식으로 사용하여 알려지지 않은 속도를 측정할 수 있습니다. 적절한 저주파 변환기에 대해 보정된 결함 탐상기를 사용하여, 알려진 두께의 단면에서 후면 벽 에코를 얻고 속도 보정을 수행한 후, 감지된 에코를 기반으로 재료 속도를 계산합니다.
주철의 결절형성 측정을 위한 초음파 검사 절차
순철, 결정성 주철, 회주철 사이에는 일정한 음속 차이가 있습니다. 일반적으로 순수 원소 철은 속도가 약 0.232인치/µS(5.9mm/µS)이고 결정성 철은 속도가 약 0.222인치/µS(5.6mm/µS)이며 회주철은 속도가 약 0.192인치/µS(4.8mm/µS)입니다. 사용자 적용 분야의 정확한 속도는 합금 구성, 결정 구조, 기타 공정 변수에 따라 달라집니다. 검사 재료에 대한 보정 표준을 기반으로 정확한 속도를 항상 확인하십시오.
각 적용 분야에 대해 사용자 고유의 속도 대 결절형성 비율 차트를 만드는 것이 좋습니다. 발표된 연구에 따르면 속도와 결절형성 비율의 관계는 선형이 아닌 것으로 나타났습니다1. 그러나 동일한 비율로 다른 구조의 흑연[하나는 플레이크 형태의 흑연(회주철)이고 다른 하나는 구형 흑연(결정성 철)]을 포함한다는 점 외에는 동일한 두 주물 사이에 상당한 음속 차이가 있을 수 있습니다.
음속을 측정하려면 시험편의 두께를 알아야 합니다. 일반적으로 검사자는 주물에서 마이크로미터 또는 캘리퍼를 사용하여 기계적으로 두께를 측정할 수 있는 지점에서 초음파 결절형성 검사를 수행합니다. 검사 지점의 두께를 알 수 없으면 속도를 정확하게 측정할 수 없습니다.
초음파로 감지할 수 있는 또 다른 경우는 결정성 철 주물에 회주철 개재물이 있는 경우입니다. 회주철의 음속은 결정성 철보다 느리기 때문에, 회주철 개재물을 포함한 주물의 펄스 전달 시간은 전체가 결정성 철로 된 주물의 펄스 전달 시간보다 오래 걸립니다. 측정되는 음속도 더 낮습니다. 실제 주물에 영향을 미치는 복잡한 변수를 감안할 때, 알려진 구성의 보정 표준을 기반으로 검사를 설정하는 것이 좋습니다. 그러나 결정성 철 주물에서 국부적으로 음속이 떨어지는 것은 일반적으로 잠재된 문제가 있다는 신호입니다.
참고: Olympus에서 개발한 해석 소프트웨어를 사용하여 주철 내 흑연 미세 구조의 결절형성과 기타 측면을 현미경으로 분석할 수도 있습니다. 자세한 내용은 여기(https://www.olympus-ims.com/en/applications/cast-iron-analysis/)를 참조하세요.
참고 문헌
- ASM International, Metals Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Park, Ohio 1989 (Ninth Edition), 페이지 531~535.
- Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method, http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm
