高伟杰，刘 敏，张连杰，姜爱龙，房 夺

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

近年来，高效率、低排放已成为发动机发展的主旋律。新一代发动机比功率越来越大、重量越来越轻的设计要求，推动了缸体、缸盖等关键零件性能的不断提升。传统的灰铸铁和铝合金已无法满足更高性能发动机的需求，开发应用高强度合金灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁材质，并将其批量应用于发动机缸体、缸盖中，成为支撑发动机制造企业新一代发动机开发的重要基础。

高强度灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁的抗拉强度性能依次升高，三种材料的性能差别主要取决于石墨形态的不同。常规检测石墨形态的手段为金相分析法，金相分析法检测结果直观，但效率低，且为破坏性抽样检测。寻找一种快速、便捷、经济的石墨组织检测手段，克服传统铸造生产中通常采用的金相检验方法的诸多弊端，具有显著的工程应用意义。本文以超声波测速测厚仪的原理为基础，研究超声波在不同铸铁材料中的传播速度规律，实现了对不同铸铁材料石墨形态的测定。

1 超声波检测铸铁组织原理

1.1 基本原理

超声波在不同介质中的传播速度不同，即使在相同的介质中传播，其传播速度也会受到介质本身物理性能的影响，声速大小主要是与材料的杨氏弹性模量E、密度ρ 和泊松比σ 有关[1]。不同材料由于其E、ρ、σ 不同，超声波的传播速度也不同。在铸铁材料中，密度和泊松比的变化很小（灰铁：ρ 为6.95～7.35 g/cm3；……