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铸造检测设备,第6章,2023/8/28,材料成形设备,第6章 铸造检测设备,概述型砂性能检测设备铸件外观质量检测设备铸件内在质量检测设备,2023/8/28,材料成形设备,铸造生产的目标是用最高的效率、最低的成本，生产出质量合格，品质一致的铸件。为了实现这一目标就需要一整套工艺和一整套设备。,2023/8/28,材料成形设备,6.1 概述,所有的设备都是为工艺服务的，生产的任何一道工序所需工艺都要控制。,质量是铸造生产的生命，检测技术是铸造的耳目。,2023/8/28,材料成形设备,铸件质量检验的内容,发达国家铸造厂对于凡是科学技术上已经证明生产上需要控制的项目，凡是能控制的地方都制定严格的控制范围。原材料有严格的检验和控制，包括各种金属材料、非金属材料的成分和规格。对工艺过程中的各参数同样是严加控制，例如对湿型砂检查和控制紧实率、湿强度、干强度、水分、破碎指数、透气率、有效粘土含量、挥发分、烧灼减量、死粘土含量、温度、砂型硬度等。,2023/8/28,材料成形设备,6.1 概述,先进的测试手段和电子技术在铸造生产中得到应用和发展。如普遍采用真空直读光谱仪、碳硫分析仪、热分析仪等，快速且有效地控制炉前金属液成分和杂质元素含量，保证了铸件内在质量的可靠稳定。采用三坐标仪测量铸件尺寸，超声波仪检测铸件壁厚，内窥镜检测铸件内腔质量，X射线、荧光磁粉探伤、音频检测、涡流检测等无损检测技术在铸件的缺陷检测或基体组织检测中得到了越来越广泛的应用。,铸造检测技术,2023/8/28,材料成形设备,2023/8/28,材料成形设备,铸造检测设备分类,6.2 型砂性能检测设备,2023/8/28,材料成形设备,型砂试验室及型砂在线检测装置，以便及时调控型砂及芯砂质量。,对湿型砂检查和控制紧视率、湿强度、干强度、水分、破碎指数、透气率、有效黏土含量、挥发分、灼烧减量、死黏土含量、温度、砂型硬度等。,2023/8/28,材料成形设备,混砂机铸造标准筛涡洗式洗砂机双盘式红外线烘干器液压万能强度试验机震摆式筛砂机锤击式制样机热湿拉强度试验机透气性测定仪发气性测定仪,型砂性能检测设备,2023/8/28,材料成形设备,铸造标准筛,涡洗式洗砂机,双盘式红外线烘干器,覆膜砂制样机,2023/8/28,材料成形设备,震摆式筛砂机,锤击式制样机,SWY数显式液压万能强度试验机,2023/8/28,材料成形设备,热湿拉强度试验机,SFL-B智能发气性测定仪,SHY树脂砂混砂机,2023/8/28,材料成形设备,STD电动透气性测定仪,SUG涂料高温高温性能试验仪,覆膜砂流动性检测仪,覆膜砂混砂机,划线检测是最常用的铸件尺寸检测方法。划线检测的依据是铸件图，根据铸件图中的尺寸链和尺寸公差要求，借助于平台、支撑及必要的工、夹、量具，确定铸件的测量基准，划线检测铸件的尺寸。划线检测时，一般应检测铸件图中标注的全部尺寸。对于成批或大量生产的铸件，在工艺稳定、设备正常运行的前体下，为缩短检测时间，也可只对能代表铸件精度的主要尺寸和需进行机械加工的尺寸划线检测。,2023/8/28用于确定铸件的划线基准。,材料成形设备,铸件尺寸的划线检测,（1）尺寸精度检测,6.3 铸件外观质量检测设备,它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种。对于大型铸件的三维测量，现在国际上新流行的技术是三维摄影测量或者称为照相测量。,2023/8/28,材料成形设备,三坐标测量机,（1）尺寸精度检测,2023/8/28,材料成形设备,三坐标测量机,三坐标测量机，它是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器。三坐标测量机的测量功能包括尺寸精度等。,三坐标测量机,2023/8/28,材料成形设备,三坐标测量机,2023/8/28,材料成形设备,2023/8/28,材料成形设备,渗透检测是基于液体的毛细作用和固体染料在一定条件下的发光现象。渗透检测用来检查铸件表面上的各种开口缺陷，如表面裂纹、表面针孔等肉眼难以发现的缺陷。渗透检测虽然只能检测表面开口缺陷，但检测却不受工件几何形状和缺陷方向的影响。,2023/8/28,材料成形设备,（2）铸件表面及近表面缺陷的检测,渗透检测,铸件表面缺陷检测较成熟的方法有渗透检测、磁粉检测、涡流检测。,涡流检测是利用电磁感应原理，检测构件和金属材料表面缺陷的一种探伤方法，适用于检查表面以下一般不大于67mm深的缺陷。涡流检测的主要缺点是不能直观显示探测出的缺陷大小和形状，一般只能确定出缺陷所在表面位置和深度，另外它对工件表面上小的开口缺陷的检出灵敏度不如渗透检测。,2023/8/28,材料成形设备,涡流检测,磁粉检测适合于检测表面缺陷及表面以下数毫米深的缺陷。磁粉探伤利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，它利用了钢铁制品表面和近表面缺陷(如裂纹，夹渣，发纹等)磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生崎变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积-磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。,磁粉检测,表面粗糙度是评价铸件表面质量的一个重要指标。铸造表面粗糙度的测量最常用的方式仍然是触针式和样块比较法。计算机图像处理技术在铸造表面粗糙度检测中应用是测量领域近年来兴起的新型测量技术。,2023/8/28,材料成形设备,（3）表面粗糙度检测,2023/8/28,材料成形设备,检测表面粗糙度的常用方法,1.比较法将被测表面与粗糙度标准样块相比较，通过视觉、触觉或其它方法进行比较后，对被测表面的粗糙度作出评定的（近似）方法。比较法简单易行，适合在生产现场使用。,铸造表面粗糙度比较样块,2.针描法 电动轮廓仪就是利用针描法来测量表面粗糙度的。针描法是利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而由电表直接读出表面粗糙度的Ra值。这种仪器适用于测定0.0256.3m的Ra值，测量迅速方便，测值精度高。,2023/8/28,材料成形设备,2023/8/28,材料成形设备,超级表面粗糙轮廓测量仪,便携式表面粗糙度测量仪,6.4 铸件内在质量检测设备,成分检测的对象主要包括：原材料成分金属熔液成分铸件成分及其分布,27,6.4.1 化学成分检测设备,2023/8/28,材料成形设备,在不同阶段，可以采用不同检测方法对材料的成分进行检测，如：化学分析法光谱分析法能谱分析法,6.4.1 成分检测设备,（1）化学分析仪器,根据化学反应来确定金属的组成成分，这种方法统称为化学分析法。,化学分析法 先确定所含元素种类，以相应标准溶液滴定反应确定所含元素含量。,29,化学分析法分为定性分析和定量分析两种。定量分析的方法包括重量分析法和容量分析法。重量分析法：采用适当的分离手段，使金属中被测定元素与其它成分分离，然后用称重法来测元素含量。容量分析法：用标准溶液（已知浓度的溶液）与金属中被测元素完全反应，然后根据所消耗标准溶液的体积计算出被测定元素的含量。,2023/8/28,材料成形设备,化学分析仪器,31,光谱分析法 激发物质原子为气态，测定气态原子发出的特征光谱及强度，确定所含元素种类及含量。,（2）光谱分析仪,2023/8/28,材料成形设备,光电直读光谱仪是分析有色金属成分的快速定量分析仪器，广泛应用于冶金、机械部门，进行冶炼炉前的在线分析以及产品检验，是控制产品质量的有效手段之一。,33,（2）光谱分析仪,在直读光谱仪中，当分析试样被施加一定的能量后，试样瞬间由固态转化为气态，试样中不同元素经历激发态和基态之间的翻转，放射出不同能量及频率的光子，经入射狭缝到达光栅上形成不同波长的谱线。通过检测特征谱线的位置和强度，可以求得试样中各元素的种类及含量。光谱分析采用了比较法分析元素含量，需要利用标准试样制作标准曲线，再以对比标准曲线的方式分析被测合金元素。,直读光谱仪工作原理,34,（2）光谱分析仪,1、采用高稳定的激发光源，激发频率可变，可达到最佳的分析效果。2、分析速度快，20秒内测完所有通道的化学成分，重复性好、稳定性好，适合炼炉前快速分析。3、精度高，相对误差约为1%。4、使用成本低。5、可用于黑色金属和有色金属的快速定量分析，分析基体可多达6个，合金可达100多种。,光电直读光谱仪特点,35,（2）光谱分析仪,热分析法是通过测定伴随着物质的温度变化和化学反应的进行而发生的热力学性质、物理学性质的变化,进而确定物质结构的热变化以及化学反应常数的一种方法。,（3）热分析仪,热分析法具有快速、简便、准确和费用低廉等优点，在现代铸造车间里，越来越多的采用这种方法进行炉前快速检测以控制生产过程。它可以用来测定合金的主要化学成分(如铸铁的碳当量、碳量和硅量)；测定合金的共晶团数目；预测灰铸铁的机械性能；测定合金的铸造性能；测定球墨铸铁的球化率等。,直读光谱仪：检验Si、P、Mn、Mg以及其它 合金元素（非常适合铸钢）碳硫分析：检验C、S含量（直读光谱仪对高碳铁水的碳量检测稳定性差）热分析法,2023/8/28,材料成形设备,应用实例,铁水炉前快速分析，以便适时检测和调节控制金属液成分。,电子探针X射线显微分析仪（简称电子探针，EPMA），是在电子光学和X射线光谱原理的基础上发展起来的一种微区成分分析的仪器。,（3）电子探针分析仪,2023/8/28,材料成形设备,显微结构分析元素分析范围广 定量分析准确度高检测极限（日常工作）：WDS（光谱仪）：0.01%左右 EDS（能谱仪）：0.1%左右不损坏试样、分析速度快,（3）电子探针分析仪,特点,2023/8/28,材料成形设备,电子探针可以对试样中微小区域(微米级)的化学组成进行定性或定量分析。可以进行点、线扫描(得到层成分分布信息)、面扫描分析(得到成分面分布图像)。由于电子探针技术具有操作迅速简便、实验结果的解释直截了当、分析过程不损坏样品、测量准确度较高等优点，故在冶金、地质、电子材料、生物、医学、考古以及其它领域中得到日益广泛地应用，是矿物测试分析和样品成分分析的重要工具。,（3）电子探针分析仪,41,三种基本分析方法：,按所使用的X射线谱仪，可分为能谱分析和波谱分析。,（3）电子探针分析仪,2023/8/28,材料成形设备,6.4.2 组织分析设备,微观组织分析,光学显微镜,低倍率金相组织观察,高倍率金相组织观察及相结构及组织分析,介观组织分析,43,碳纳米管,光学显微镜观察电子和原子力显微镜观察,2023/8/28,材料成形设备,6.4.2 组织分析设备,光学显微分析是利用可见光观察物体的表面新貌和内部结构。鉴定晶体的光学性质透明晶体的观察可利用透射显微镜，如偏光显微镜。而对于不透明物体来说就只能使用反射式显微镜，即金相显微镜。,1）光学显微镜,2023/8/28,材料成形设备,按使用目镜的数目可分为三目，双目和单目显微镜；按图像是否有立体感可分为立体视觉和非立体视觉显微镜；按观察对像可分为生物和金相显微镜等；按光源类型可分为普通光、荧光、红外光和激光显微镜等；。常用的显微镜有双目连续变倍体视显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、紫外荧光显微镜等。,1）光学显微镜,光学显微镜的分类方法,2023/8/28,材料成形设备,金相显微镜是观察金相组织的。偏光显微镜对各种透明的晶体、岩石、矿物以及具有双折射的物质进行观察和签定，也可用于纺织、化纤行业对纺织纤维进行检验。,1）光学显微镜,2023/8/28,材料成形设备,1）光学显微镜,48,与数字图像采集及分析设备的结合应用，强化了微观组织的分析能力。,1）光学显微镜,49,2023/8/28,材料成形设备,金相显微镜种类,2023/8/28,材料成形设备,XJP3A型金相显微镜的构造,1载物台2物镜3目镜4视场光栏5孔径光栏6底座,7物镜转换器8纵动手轮9横动手轮10粗调焦手轮11细调焦手轮12灯泡13变压器,2023/8/28,材料成形设备,2）电子显微镜,电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，分辨力可达0.3纳米，能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。电子显微镜主要用于高倍率金相组织观察及相结构及组织分析。,53,扫描电子显微镜（SEM）透射电子显微镜（TEM),2）电子显微镜,54,SEM用于材料分析的特点,仪器分辨率高仪器放大倍数变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调图像景深大，富有立体感试样制备简单可做综合分析,2023/8/28,材料成形设备,（1）扫描电子显微镜（SEM）,断口微观形貌的观察,金相组织的观察,其他应用,样品表面微观形貌观察（如磨损表面、表面形态）,高分子复合材料及无机非金属材料方面的应用,表面形貌衬度的应用,2023/8/28,材料成形设备,按断口微观形貌分类,A 断口微观形貌的观察,韧窝断口,解理断口,准解理断口,沿晶断口,疲劳断口,表面形貌衬度的应用,2023/8/28,材料成形设备,A 断口微观形貌的观察,疲劳断口,韧窝断口,准解理断口,沿晶断口,解理断口,2023/8/28,材料成形设备,SiC纤维增强复合材料拉伸断口,2023/8/28,材料成形设备,B 金相组织的观察,珠光体组织,马氏体组织,表面形貌衬度的应用,2023/8/28,材料成形设备,磨损表面形貌观察,C 其他应用,2023/8/28,材料成形设备,材料表面形态（组织）观察,2023/8/28,材料成形设备,6.4.3 力学性能检测设备,63,金属的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。,万能材料试验机 用于进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切机摩擦试验。包括电动机械、液压、便携式及自动试验系统。,万能材料试验机,适合于拉伸及压缩等力学特性的测试应用。主要用于铸件本体截取的试样力学性能研究，或随铸力学试棒的力学性能研究。设备关键参数：最大载荷速度范围 测试精度,6.4.3 力学性能检测设备,64,对于铸件内部缺陷，常用的无损检测方法是射线检测和超声检测。,2023/8/28,材料成形设备,6.4.4 铸件内部缺陷检测设备,（1）超声检测,超声检测是利用材料本身或内部缺陷的升学性质对超声波传播的影响，非破坏性地探测材料内部和表面的缺陷（如裂纹、气泡、夹渣等）的大小、形状和分布情况以及测定材料的性质。,66,（1）超声检测,67,主要优势表现在：检测灵敏度高，可以探测细小的裂纹；具有大的穿透能力，可以探测厚截面铸件。主要局限性在于：对于轮廓尺寸复杂和指向性不好的断开性缺陷的反射波形解释困难；对于不合意的内部结构，例如晶粒大小、组织结构、多孔性、夹杂含量或细小的分散析出物等，同样妨碍波形解释；另外，检测时需要参考标准试块。,2023/8/28,材料成形设备,（1）超声检测,在球化率测定中,超声波检测技术也发挥了它强大的优势。,2023/8/28,材料成形设备,一般用X射线或射线作为射线源。X射线检测是利用射线穿过物质，并被其衰减来实现检测的。当铸件置于射线场照射时，射线的辐射强度就会受到铸件内部缺陷的影响。穿过铸件射出的辐射强度随着缺陷大小、性质的不同而有局部的变化，形成缺陷的射线图，通过射线胶片等方法予以记录。,（2）射线检测,2023/8/28,材料成形设备,X射线检测,射线照相所获得的缺陷图像直观，可显现出缺陷的形状、大小、数量、平面位置及分布范围，但不能给出缺陷的高度，需要采取特殊措施和计算才能粗略确定。,x射线透照法主要应用在铸件中出现的诸如裂纹、孔洞和夹杂等缺陷的辨识和评价。,X射线检测,利用材料内部缺陷对X射线的衰减不同，检测铸件内部铸件内部缺陷。,2023/8/28,材料成形设备,（2）X射线检测,72,X射线检测效果最好，但对于大厚度的大型铸件，超声检测是很有效的，可以比较精确地测出内部缺陷的位置、当量大小和分布情况。,计算机层析照相法（CT）是最近发展起来的检测精度很高的射线检测方法，而且给出缺陷的三维成像，但由于设备比较昂贵，使用成本高，目前尚未普及，但这种新技术代表了高清晰度射线检测技术发展的方向。,