随着装备制造业向大型化、整体化、专业化方向发展,对大型锻件质量要求越来越高,对其上游产品——钢锭质量要求也日益提高。但钢锭在铸造过程中不可避免地会产生内部缺陷,这些缺陷对下游产品质量会造成不同程度的影响,严重者甚至导致锻件的报废。因此对钢锭进行超声检测,并根据检测结果制定有针对性的锻造工艺,对提高钢锭利用率,改善锻件质量和工艺稳定性具有重要意义。本课题以42CrMo八角型模铸锭为研究对象,利用A型脉冲反射式超声检测系统对锭身局部曲面进行超声检测,根据超声检测时域波形初步判断钢锭内部距离冒口303～603mm范围存在连续性缺陷。对预测存在缺陷的区域进行剖切取样,通过低倍检验确定钢锭内部缺陷为中心疏松缺陷。结合低倍检验结果,对试样超声检测信号进行频谱分析,提出利用超声信号频谱特征参数表征钢锭内部疏松缺陷位置及尺度的方法,得到距离冒口237～803mm范围内存在疏松缺陷,与超声波时域波形判断的缺陷边界相比,极大地提高了缺陷的识别精度。通过金相检验获得钢锭内部凝固组织,得出其由表面细小晶粒区、柱状晶区、粗大等轴晶区及中心稍细小等轴晶区构成。分析钢锭内部凝固组织的形貌、尺寸及分布特征与频谱特征参数的关系,提出利用幅度谱幅值峰值、中心频率以及峰值频率等特征参数表征钢锭内部柱状晶边界的方法,确定柱状晶边界为距离外边缘80～100mm。根据国家标准对钢锭内部晶粒尺度进行统计分析,柱状晶与粗大等轴晶过渡区域的晶粒度最低,每平方厘米晶粒个数约为2～3,除外层激冷晶,靠近钢锭中心位置较细小等轴晶区域晶粒度最高,每平方厘米晶粒个数大于6个。在实验所用钢锭其余位置上任意选取的一块内部组织结构和缺陷未知的部分进行超声检测,根据超声检测回波频谱特征得到的柱状晶边界和低倍缺陷的范围与实验结果一致,验证了超声信号频谱参数表征柱状晶边界和疏松缺陷的可行性。