Palloutumisasteen määritys GJS-valuraudassa ultraäänen avulla

Abstract

Componenta Pietarsaari Oy:n sulatto-osastolla haluttiin kehittää laadunvarmistusta siten, että otettaisiin käyttöön ultraäänitarkastusmenetelmä, jonka avulla voitaisiin valvoa pallografiittivaluraudan palloutumista tuotannon aikana. Tätä varten yritykseen oli hankittu USPC-2100 -ultraäänilaitteisto, jonka oli määrä nopeuttaa pallografiittivaluraudan valvontaa sekä parantaa sen luotettavuutta nykyiseen palloutumis- eli mikroskooppitutkimukseen verrattuna. Tavoitteena oli myös uuden tarkastusmenetelmän myötä vähentää magnesiumin kulutusta ja siten siitä aiheutuvia käyttökustannuksia.

Työssä suoritettiin ultraäänilaitteiston käyttöönottoa varten tarvittava määrä kokeellisia tutkimuksia, joiden avulla osoitettiin korrelaation olemassaolo palloutumisasteen ja äänennopeuden välillä ferriitti/perliittisuhteen vaihdellessa. Näiden tutkimusten perusteella voitiin myös määrittää alustava äänennopeuden raja, joka vastasi 85 %:n palloutumista yrityksessä käytössä olevilla eri kupariekvivalenteilla. Työssä kartoitettiin myös näytteen tarvitsema jäähdytysaika muotissa, ennen kuin sille pystyttäisiin suorittamaan varsinainen äänennopeuden mittaus. Lisäksi selvitettiin, millainen mittausvirhe muodostuisi näytteen äänennopeuteen, mikäli veden lämpötila vaihtelisi itse tarkastuksen aikana.

Tutkimustyössä käytettiin apuvälineinä USPC-2100 -ultraäänilaitteistoa, optista metallimikroskooppia, ARL MA -optista spektrometria ja Wolbert-kovuusmittalaitetta sekä Six Sigma -laatutyökalua. Uusi tarkastusmenetelmä tullaan mitä luultavimmin ottamaan käyttöön lähivuosien aikana.

The foundry department of Componenta Pietarsaari Oy wanted to develope the quality assurance by introducing an ultrasonic testing method, which could control the nodularity of nodular graphite cast iron during production. Therefore, the company had obtained an USPC-2100 ultrasonic equipment. The purpose of the equipment was to speed up the control of nodular graphite cast iron, and also to improve its reliability compared with the current nodular research or metallurgical microscope. The aim was also to decrease magnesium consuming, so it would have a positive influence on production costs.

In the thesis, the required amount of experimental research for taking use of the ultrasonic equipment was accomplished. This research showed the correlation between the nodular degree and the speed of sound when the relation between ferrite and perlite varied. Based on this research, it was also possible to determine the preliminary limit of the speed of sound, which corresponded to the nodularity of 85 % for the different copper equivalent. In the thesis, also the need of a sample´s cooling time in the casting mould before the velocity measuring was studied. Furthermore, a possible measuring error in the sample´s speed of sound was cleared up, if the water temperature varied under the ultrasonic testing.

The USPC-2100 -ultrasonic equipment, metallurgical microscope, optical spectrometer, Wolbert-hardness tester and Six Sigma -quality tool were used in the research. The new testing method will probably be introduced during the next few years.