اندازه‌گیری فراصوتی عمق لایۀ سخت‌شدۀ قطعات فولادی به روش پراکندگی برگشتی تماسی

هنرور, فرهنگ; بهادری, علیرضا; بیات کزازی, مهدی

doi:10.30494/jndt.2022.339147.1091

اندازه‌گیری فراصوتی عمق لایۀ سخت‌شدۀ قطعات فولادی به روش پراکندگی برگشتی تماسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

² دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

10.30494/jndt.2022.339147.1091

چکیده

سخت‌کاری یکی از روش‌های بهبود خواص سطح در قطعات فولادی از جمله محور‌ها و چرخ‌دنده‌ها است. یکی از پارامترهای کنترلی که باید در این فرایند اندازه‌گیری شود، عمق لایۀ سخت‌شده است که به روش‌های مخرب یا غیرمخرب قابل اندازه‌گیری است. در این مقاله، تکنیک اندازه‌گیری عمق سختی به روش فراصوتی پراکندگی برگشتی با به‌کارگیری کاوند تماسی پیاده‌سازی و از آن برای اندازه‌گیری عمق سختی قطعات فولادی استفاده‌ شده است. اندازه‌گیری‌ها بر ‌روی چهار محور فولادی با عمق‌های سختی متفاوت انجام‌شده است. سیگنال‌های فراصوتی اندازه‌گیری‌شده بر روی این چهار قطعه پس از یکسوسازی با فیلترهای هموارکننده پردازش شده‌اند. مقایسۀ نتایج حاصل از آزمون غیرمخرب پراکندگی برگشتی با نتایج آزمایش‌های مخرب میکرو ویکرز نشان ‌می‌دهد که این روش توانایی و دقت بالایی در اندازه‌گیری عمق سختی دارد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که بیشینۀ خطای اندازه‌گیری به روش فراصوتی پراکندگی برگشتی کمتر از ۴% بوده است. باتوجه‌به غیرمخرب و قابل حمل‌بودن، این روش می‌تواند گزینۀ مناسبی برای کنترل کیفیت نمونه‌های سخت‌کاری شده به روش القایی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Case depth measurement of steel components by contact ultrasonic backscattering technique

نویسندگان [English]

Farhang Honarvar ¹
Alireza Bahadory ²
Mahdi Bayat Kazazi ²

¹ K.N Toosi University of Technology

² Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology

چکیده [English]

Surface hardening is one of the common methods to improve the surface properties of steel components such as axles and gears. One of the control parameters measured in this process is the case depth, which can be measured by either destructive or nondestructive methods. In this paper, the ultrasonic nondestructive backscattering technique is utilized to measure the case depth of steel shafts. Measurements are carried out on four steel shafts with different case depths by using contact ultrasonic testing method. The ultrasonic signals collected from these shafts are rectified and filtered by smoothing filters. Comparison of the results of the ultrasonic tests with those of the destructive tests confirms the capability and high precision of the ultrasonic backscattering technique in measuring the case depth. The maximum error in ultrasonic backscattering measurements was less than 4%. Due to its nondestructive and portable nature, this technique can be a good choice for quality control induction hardened components with a case depth of 2 mm or more.

کلیدواژه‌ها [English]

Surface hardening
Induction hardening
Ultrasonic testing
Contact method
Backscattering

مراجع

[1] Golozar, M. A., Heat treatment of steels & cast iron, Isfahan university of technology press, 2017. (In Persian)

[2] ISO 18203:2016(en), Steel-Determination of the thickness of surface-hardened layers, ISO copyright office, Geneva, Switzerland.

[3] Graja, P.; Meyendorf, N., Characterization of Materials Microstructure and Surface Gradients using Advanced Techniques, Springer International Publishing, Cham ,2021; 1–20

[4] Good, M. S.; Rose, J. L. Measurement of thin case depth in hardened steel by ultrasonic pulse-echo angulation techniques, In Nondestructive Methods for Material Property Determination; Ruud, C.O., Green, Jr., R.E., Eds.; New York: Plenum Press: New York, 1984; 189–203.

[5] Takahashi, F.; Izumi, S.; Nishimura, A., Intelligent Measurement and Diagnostic Techniques for Non-Destructive Inspections, Hitachi Review, Tokyo, Japan, 1999; 48(5); 296–301.

[6] George, A. A., Electromagnetic Induction of Ultrasonic Waves: EMAT, EMUS, EMAR, EMAT Consulting, San Luis Obispo, CA.

[7] Roger, W. P., Electronic intelligent indenter, United States Patent, Patent No. 6904806, June 14, 2005.

[8] Honarvar, F.; Bagheri Borouji, R., Case Depth: Ultrasonic Measurement, Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys 2016; 652-663.

[9] Baqeri, R.; Honarvar, F.; Mehdizad, R., Case depth profile measurement of hardened components using ultrasonic backscattering method, 18th World conference on nondestructive testing, Durban, South Africa. 2012.

[10] Kobelco inspection & service co, Measuring the induction hardened layer depth without cutting products, https://www.sisco.kobelco.com/english/service/product/index.html

[11] Theiner, W.; Kern, R.; Stroh, M., Process Integrated Nondestructive Testing of Ground and Case Depth Hardened Parts, European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT2002), Barcelona, Spain, June, 17-21, 2002

[12] Honarvar, F., Nondestrucrive testing: principles, methods & applications, K. N. Toosi university press, 2020. (In Persian)

[13] Willems, H., Nondestructive Determination of Hardening Depth in Induction Hardened Components by Ultrasonic Backscattering. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. 1991;10B:1707-1713.