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Misura della nodularità nella ghisa mediante i controlli a ultrasuoni


Questa nota applicativa descrive come misurare il grado di nodularità nella ghisa e come distinguere la ghisa duttile e la ghisa lamellare. Scopri gli strumenti e le tecniche di ispezione a ultrasuoni usati per eseguire i controlli non distruttivi di nodularità nella ghisa.


Produzione di ghisa

Il carbonio sotto forma di grafite viene spesso usato come additivo nella produzione di ghisa, in una proporzione del 2-4% in termini di peso e del 6-10% in termini di volume. La microstruttura della grafite nella ghisa ha degli effetti importanti sulle proprietà meccaniche delle componenti pressofuse. Quando la grafite si ordina in lamelle sottili, il risultato è la ghisa lamellare, la quale si presenta dura e fragile. Quando la grafite si ordina in noduli sferici, il risultato è la ghisa duttile, la quale di presenta morbida e malleabile.

Entrambi i tipi di ghisa sono ottenuti mediante la combinazione di carbonio, silicio e altri additivi in ferro fuso. Spesso parte della combinazione degli elementi viene eseguita nello stampo finale. Se il risultato della combinazione non è uniforme o se il processo di pressofusione non risulta ottimale, è possibile che sia stata realizzata la pressofusione con variazioni di nodularità o con inclusioni di ghisa lamellare presenti nella ghisa duttile. Queste variazioni modificano significativamente le proprietà meccaniche del metallo, pertanto le fonderie dovrebbero verificare l'uniformità della ghisa duttile. È importante che la distribuzione della grafite nella pressofusione sia uniforme e inoltre che le inclusioni di grafite siano presenti nella forma corretta: noduli piuttosto che lamelle.

Le analisi microscopiche e i controlli di tensione sono efficaci per verificare la nodularità. Un'altra opzione è quella dei controlli a ultrasuoni in grado di misurare le diverse velocità di propagazione dell'onda sonora nella ghisa lamellare e nella ghisa duttile. Questo metodo è preferito visto che fornisce una valutazione veloce e non distruttiva di una pressofusione.

Strumenti di ispezione a ultrasuoni usati per i controlli non distruttivi della nodularità nella ghisa

I controlli non distruttivi della nodularità possono essere eseguiti con uno strumento a ultrasuoni in grado di misurare la velocità di propagazione dell'onda sonora come i misuratori di spessori, i rilevatori di difetti e i pulsatori-ricevitori. Per misure di velocità specifiche tutti i misuratori di spessore di precisione Olympus possono fornire una misura diretta della velocità di propagazione dell'onda sonora nella ghisa e in altri materiali, in base alla taratura dello spessore. Questi includono il misuratore 38DL PLUS™ e il misuratore 45MG con il software Single Element. Per spessori superiori a 25 mm (1 in.), è consigliata spesso l'opzione software High Penetration (alta penetrazione).

Per eseguire un controllo della nodularità mediante un misuratore di spessore, è sufficiente premere un tasto per inserire i dati di spessore. Attraverso lo spessore inserito e il tempo di transito dell'impulso calcolato è possibile determinare automaticamente la velocità di propagazione dell'onda sonora. Utilizzando la funzione di allarme alto-basso è possibile identificare le condizioni al di fuori delle tolleranze. In rapporto all'intervallo di spessore da misurare è necessario combinare il misuratore con un trasduttore idoneo. Una possibile scelta è il trasduttore a contatto M1036 da 2,25 MHz. La precisione di misura della velocità di propagazione dell'onda sonora è in genere nell'ordine dello 0,1%.

Il misuratore 72DL PLUS™ offre un display touch screen più ampio e una frequenza di aggiornamento della misura più elevata (fino a 2 KHz) rispetto ai misuratori 38DL PLUS e 45MG. Questo misuratore di spessore di precisione inoltre possiede una superiore risoluzione dei tempi di misura che consentono dei calcoli più precisi della velocità di propagazione dell'onda sonora. Inoltre il misuratore 72DL PLUS offre una connettività più efficiente attraverso opzioni di comunicazione con sistema wireless e cablato, risultando l'ideale per l'integrazione del sistema.

Ogni rilevatore di difetti EPOCH™, come gli strumenti EPOCH 650 e EPOCH 6LT, possono essere usati in un modo simile per misurare una velocità di propagazione dell'onda sonora ignota. Con il rilevatore di difetti tarato per un trasduttore a bassa frequenza si ottiene un'eco di fondo da una sezione di spessore noto e si esegue la taratura della velocità di propagazione dell'onda sonora basata sugli echi rilevati.

Procedura di controllo a ultrasuoni per la misura della nodularità nella ghisa

Esiste una significativa differenza tra la velocità di propagazione dell'onda sonora della ghisa pura, della ghisa lamellare e della ghisa duttile. In genere il ferro elementare puro ha una velocità approssimativa di 5,9 mm/µS (0,232 in/µS), la ghisa duttile ha una velocità approssimativa di 5,6 mm/µS (0,222 in/µS) e la ghisa lamellare ha una velocità approssimativa di 4,8 mm/µS (0,192 in/µS). L'esatta velocità di propagazione dell'onda sonora per una data applicazione dipende dalla composizione della lega, dalla struttura granulare e da altri variabili legate alle modalità operative. Verificare sempre le esatte velocità di propagazione dell'onda sonora in base ai campioni di taratura per il materiale da controllare.

Per ogni applicazione si consiglia di realizzare il proprio diagramma di velocità di propagazione dell'onda sonora in funzione della percentuale di nodularità. Una ricerca pubblicata indica che la relazione tra la velocità di propagazione dell'onda sonora e la percentuale di nodularità non è lineare 1. Tuttavia è possibile avere una differenza significativa in termini di velocità di propagazione dell'onda sonora tra due identiche pressofusioni contenenti la stessa percentuale di grafite, una con la grafite in lamelle (grafite lamellare) e quell'altra con grafite nodulare (grafite duttile).

Notare che la misura della velocità di propagazione dell'onda sonora richiede che sia noto lo spessore della componente da controllare. In genere i controlli ad ultrasuoni sulla nodularità vengono eseguiti dagli operatori in diversi punti in una componente pressofusa che può essere misurata meccanicamente mediante un micrometro o un calibro. Una misura precisa della velocità non è possibile se non è noto lo spessore nel punto di controllo.

Un'altra applicazione che può essere rilevata ultrasonicamente è la presenza di inclusioni di ghisa lamellare in una componente pressofusa di ghisa duttile. La velocità di propagazione dell'onda sonora della ghisa lamellare è inferiore a quella della ghisa duttile, pertanto il tempo di transito dell'impulso attraverso una componente pressofusa contenente inclusioni in ghisa lamellare risulta superiore a una componente pressofusa interamente costituita da ghisa duttile. Inoltre risulta inferiore la velocità di propagazione dell'onda sonora. Dato che gli attuali processi di pressofusione sono caratterizzati da variabili complesse si consiglia di effettuare il controllo mediante campioni di taratura di composizione nota. Tuttavia, una diminuzione della velocità di propagazione dell'onda sonora in una componente di ghisa duttile indica in genere la presenza di una problematica.


Nota: La nodularità e altri aspetti microstrutturali della grafite nella ghisa possono inoltre essere analizzati microscopicamente mediante software interpretativi sviluppati da Olympus. Maggiori informazioni sono disponibili qui (https://www.olympus-ims.com/en/applications/cast-iron-analysis/).

Bibliografia

  1. SM International, Metals Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Park, Ohio 1989 (Ninth Edition), pp. 531-535.
  2. Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method                                              http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm
Olympus IMS

Prodotti per l'applicazione

Il misuratore di spessori avanzato 72DL PLUS™ assicura una precisa misura di spessori ad ultrasuoni a alta velocità attraverso uno strumento portatile e di facile uso. Compatibile con i trasduttori a singolo elemento con una frequenza massima di 125 MHz, questo innovativo strumento per la misura di spessore è particolarmente adatto per misurare lo spessore di materiali ultra-sottili, come vernice, rivestimenti e plastica multistrato. Può visualizzare simultaneamente lo spessore di un numero massimo di 6 strati.

Il rilevatore di difetti a ultrasuoni portatile EPOCH 6LT è ottimizzato per un'operatività con una mano e assicura delle prestazioni eccezionali per le applicazioni di ispezione con accessibilità mediante funi e a alta portatilità. Leggero e con un formato ergonomico, lo strumento può essere impugnato saldamente con una mano o può essere fissato alla gamba per le applicazioni con accessibilità mediante funi.
L'EPOCH 650 è un rilevatore di difetti ad ultrasuoni convenzionali con eccellenti performance di rilevamento di difetti ed operatività per un ampia varietà di applicazioni. Questo intuitivo e robusto strumento è l'evoluzione del rilevatore di difetti EPOCH 600 di grande successo con delle funzionalità addizionali.

L'innovativo misuratore di spessori a ultrasuoni 45MG integra delle funzionalità di misura di serie e delle opzioni software. Questo eccezionale strumento di misura di spessore è compatibile con la nostra completa gamma di trasduttori per misuratori di spessori a singolo o doppio elemento.

Il versatile misuratore 38DL PLUS™ può essere usato in combinazione con i trasduttori a doppio elemento in diversi ambiti: dalla misura di tubazioni corrose mediante trasduttori a doppio elemento, alla misura molto precisa di spessori di componenti sottili in materiale multistrato mediante trasduttori a singolo elemento.

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