球墨鑄鐵的超音波檢測

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劉得復(Te-Fu Liu) 查詢紙本館藏

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機械工程學系在職專班

論文名稱

球墨鑄鐵的超音波檢測

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摘要(中)

本實驗使用超音波檢測法（Ultrasonic testing）量測球墨鑄鐵經過拉伸試驗後，其微觀組織與超音波衰減率、音速的關係。配合光學顯微鏡(OM)觀察為結構改變，並嘗試以超音波評估球墨鑄鐵的衰減率對內耗能的變化來推測材料內部結構改變，結合基地組織來推測材料內部的微結構變化。使用頻率為5MH z的探頭時，衰減率與散射因素的主要影響為材料在在粗的顆粒多、細的顆粒少衰減率低，粗的顆粒少、細的顆粒多衰減率高;當石墨率高時，其散射因素也會跟著提高。
以非破壞檢測法(超音波衰減率與散射因素變化)偵測球墨鑄鐵顆粒粗細變化的情形，晶粒尺寸(100~200顆)在20μm以下可發現當顆粒數越多衰減率會跟著增加。

摘要(英)

The experiment uses ultrasonic detection method (Ultrasonic testing) after tensile test measurement ductile iron, its microstructure and ultrasonic attenuation rate, the relationship between the speeds of sound. With optical microscopy (OM) was observed for structural change and try to assess ductile iron ultrasonic attenuation rate changes in internal energy inside the material to infer structural changes, combined with martix to speculate micro-structural changes within the material. 5MHz frequency of use of the probe, the attenuation rate of the scattering factors, the main effect of the coarse particulate material in many low attenuation less fine particles, less coarse particles, fine particles much decay rate; when graphite ratio high, will increase in the scattering factors.
Non-destructive testing method (Ultrasonic attenuation and scattering factors change) detect changes in the case of ductile iron particle thickness, grain size (100 to 200) can be found in the following 20μm when the number of particles, the more attenuation rate increases will follow.

關鍵字(中)

★ 超音波衰減率
★ 散射因素
★ 內耗能

關鍵字(英)

★ Ultrasonic attenuation
★ scattering factors
★ internal friction

論文目次

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 xii
第一章　前言 1
第二章　理論探討與文獻回顧 2
2-1　球墨鑄鐵簡介 2
2-1-1　球墨鑄鐵之研究及發展 2
2-1-2　球墨數之量測 2
2-1-3　球墨鑄鐵的石墨型態 3
2-2　超音波檢測法之原理 4
2-2-1　音波的基本性質 4
2-2-2　音波的種類 5
2-2-3　超音波量測性質 6
2-3　超音波應用於材料檢測之相關研究 7
2-3-1　鋼(基地)組織對超音波訊號的影響 7
2-3-2　球墨鑄鐵球化率對超音波量測的影響 8
2-3-3　球狀石墨鑄鐵超音波傳播速率與楊氏係數之關係 9
2-3-4　超音波音速與顯微組織關係 10
2-3-5　金屬材料晶粒尺寸對於超音訊號的影響 11
2-4　微顆粒基本性質 15
2-4-1　微顆粒數量計算 15
第三章　實驗方法與步驟 17
3-1　實驗目的 17
3-2　實驗材料 17
3-3　試片準備 18
3-4　實驗設備 18
3-5　實驗步驟 20
第四章　結果與討論 23
4-1　近場距離對超音波量測的影響 23
4-2　球墨鑄鐵微結構對超音波訊號量測的影響 24
4-3　球墨鑄鐵微結構分析 31
4-3-1　單位面積下的顆粒數對超音波訊號的影響 43
4-3-2　微顆粒數量與晶界散射的關係對超音波衰減率的影響 47
4-3-3　微顆粒數量與探頭面積的關係對超音波衰減率的影響 52
4-3-4　微顆粒數量計算 54
4-4　球墨鑄鐵微結構對機械性質的影響 63
4-5　球墨鑄鐵微結構對超音波內耗能（Internal Friction）的影響 66
4-5-1　內耗能計算 66
4-5-2　球墨鑄鐵單位面積下顆粒數與內耗能的影響 67
第五章　結論 69
參考文獻 70
附錄 73
附錄 Ⅰ 不同球化率之金相圖 73
附錄 Ⅱ 金相觀察與顆粒數計算結果 74

圖目錄
第二章
Fig 2-1 音波種類 5
Fig 2-2 碳鋼對超音波音速的影響 7
Fig 2-3 碳鋼對超音波衰減率的影響 8
Fig 2-4碳鋼1006、1020 、 1080，和1045金相圖 8
Fig 2-5 球墨鑄鐵球化率對超音波音速的影響 9
Fig 2-6各凝固速率之材料楊氏係數與石墨體積率關係數據圖 10
Fig 2-7各含碳量(石墨體積率)之材料楊氏係數與石墨粒徑關係數據圖 10
Fig 2-8各含碳量(石墨體積率)之材料楊氏係數與石墨粒徑關係數據圖 11
Fig 2-9球墨鑄鐵在過冷後的顆粒數 16
Fig 2-10 球墨鑄鐵在不同厚度上的顆粒數 16
第三章
Fig 3-1 拉伸試棒尺寸 18
Fig 3- 2超音波檢驗儀 18
Fig 3- 3光學顯微鏡 19
Fig 3- 4拉伸試驗機 19
Fig 3- 5直接接觸量測法量測示意圖 20
Fig 3- 6實驗步驟流程圖 22
第四章
Fig 4-1 FCD400在不同頻率下超音波衰減率的變化 25
Fig 4-2 FCD500在不同頻率下超音波衰減率的變化 25
Fig 4-3 FCD600在不同頻率下超音波衰減率的變化 26
Fig 4-4 FCD700在不同頻率下超音波衰減率的變化 26
Fig 4-5 FCD400在不同頻率下超音波衰減率的變化 27
Fig 4-6 FCD500在不同頻率下超音波衰減率的變化 27
Fig 4-7 FCD600在不同頻率下超音波衰減率的變化 28
Fig 4-8 FCD700在不同頻率下超音波衰減率的變化 28
Fig 4-9 Sample 1 金相觀察 32
Fig 4-10 Sample 2 金相觀察 32
Fig 4-11 Sample 3金相觀察 33
Fig 4-12 Sample 4 金相觀察 33
Fig 4-13 Sample 5 金相觀察 34
Fig 4-14 Sample 6 金相觀察 34
Fig 4-15 Sample 7 金相觀察 35
Fig 4-16 Sample 8 金相觀察 35
Fig 4-17 Sample 9 金相觀察 36
Fig 4-18 Sample 10 金相觀察 36
Fig 4-19 Sample 11 金相觀察 37
Fig 4-20 Sample 12 金相觀察 37
Fig 4-21 Sample 13 金相觀察 38
Fig 4-22 Sample 14 金相觀察 38
Fig 4-23 FCD400顆粒尺寸與數量分佈關係圖 39
Fig 4-24 FCD500顆粒尺寸與數量分佈關係圖 39
Fig 4-25 FCD600顆粒尺寸與數量分佈關係圖 40
Fig 4-26 FCD700顆粒尺寸與數量分佈關係圖 40
Fig 4-27頻率5MHz時衰減率與單位面積下顆粒數關係圖 43
Fig 4-28頻率5MHz時音速與單位面積下顆粒數關係圖 44
Fig 4-29頻率10MHz時音速與單位面積下顆粒數關係圖 44
Fig 4-30頻率20MHz時音速與單位面積下顆粒數關係圖 45
Fig 4-31 20μm以下顆粒數對衰減率的關係圖 45
Fig 4-32 20μm以下顆粒數對衰減率的關係圖(球化率85%以上) 45
Fig 4-33散射因素對超音波衰減率的關係圖 50
Fig 4-34 5MHz散射因素對超音波衰減率的關係圖 51
Fig 4-35在5MHz下微顆粒數量與探頭頻對率衰減率的關係圖 53
Fig 4-36在10MHz下微顆粒數量與探頭頻對率衰減率的關係圖 53
Fig 4-37在20MHz下微顆粒數量與探頭頻對率衰減率的關係圖 54
Fig 4-38在5MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 57
Fig 4-39在10MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 57
Fig 4-40在20MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 58
Fig 4-41在5MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 58
Fig 4-42在10MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 59
Fig 4-43在20MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 59
Fig 4-44在5MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 60
Fig 4-45在10MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 60
Fig 4-46在20MHz單位面積下顆粒數對衰減率的關係圖 61
Fig 4-47在5MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 61
Fig 4-48在10MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 62
Fig 4-49在20MHz單位面積下顆粒數對音速的關係圖 62
Fig 4-50球墨鑄鐵品質指標的關係圖 64
Fig 4-51球墨鑄鐵與拉伸勒性的關係圖 65
Fig 4-52 YS/UTS的關係圖 65
Fig 4-53 5MHz內耗能、超音波衰減率與單位面積下顆粒數的關係圖 67
表目錄
第二章
Table 2-1根據尺寸的石墨分類 3
Table 2-2球墨鑄鐵機械性質規範 3
Table 2-2 Rayleigh 散射係數 9
Table 2-3 Stochastic 散射係數 13
Table2-4不同球化率下的超音波音速 14
第三章
Table 3- 1 FCD400 主要化學成分表 17
Table 3-2 FCD500~600主要化學成分表 17
Table 3-3 FCD700 主要化學成分表 18
第四章
Table 4-1 近場長度的計算結果 23
Table 4-2拉伸試驗結果 24
Table 4-3超音波量測數據 29
Table 4-4微顆粒數量計算結果 41
Table 4-5基地組織量測數據 42
Table 4-6 5 MHz各試片的晶粒尺寸 48
Table 4-7 10 MHz各試片的晶粒尺寸 49
Table 4-8 20MHz各試片的晶粒尺寸 49
Table 4-9各試片散射數據 50
Table 4-10單位體積下各試片2-D顆粒數量計算結果 55
Table 4-11單位體積下各試片3-D顆粒數量計算結果 56
Table 4-12各試片品質指標計算結果 64
Table 4-13 5 MHz時內耗能的計算結果 67

參考文獻

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tellurite glasses”, Materials Chemistry and
Physics, Vol. 52, pp. 161-165, 1998.

指導教授

施登士(Teng-Shih Shih)

審核日期

2013-7-18

推文