Эффективные методы устранения газовой раковины: советы и рекомендации

Чтобы устранить газовую раковину, сначала надо убедиться, что газ перекрыт и нет утечек. Затем следует аккуратно разобрать затрудненные участки, очищая их от скопившегося жира и грязи, что может быть причиной засоров. Используйте специальные средства для прочистки труб или механические инструменты, такие как вантуз или сантехнический трос.

Если проблема сохраняется, возможно, потребуется вызвать специалиста, который проведет более глубокую диагностику и устранит неисправности системы. Не забывайте следить за состоянием раковины, чтобы предотвратить повторное образование засоров в будущем.

Дефекты отливок и их устранение

Дефекты отливок могут быть разделены на внешние (песчаные раковины, перекос, недолив и др.) и внутренние (усадочные и газовые раковины, горячие и холодные трещины и др.).

Песчаные раковины представляют собой открытые или закрытые полости в структуре отливки, возникающие из-за недостаточной прочности формы и стержней, плохого уплотнения формы, неправильной фиксации выступающих частей формы и других факторов.

Перекос — это смещение одной части отливки относительно другой, возникающее из-за небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несовпадения знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной установки стержня в форму и других причин.

Недолив означает, что некоторые части отливки остаются пустыми из-за низкой температуры заливки, недостаточной текучести металла, недостаточного размера элементов литниковой системы, неправильной конструкции отливки (например, тонкая стенка) и других причин.

Усадочные раковины представляют собой внутренние или внешние пустоты в отливке с неровной поверхностью и крупнокристаллической структурой. Эти дефекты появляются из-за недостаточного питания массивных участков, неэффективной конструкции отливки, неправильного размещения стержней, а также заливки перегретым металлом.

Газовые раковины представляют собой открытые или закрытые пустоты в отливке с чистой и гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщенности расплавленного металла газами и других причин.

Трещины в горячих и холодных отливках являются разрушениями, возникающими при заливке излишне нагретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы и прибылей, неправильной конструкции отливки, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней и других причин.

Методы обнаружения дефектов. Внешние дефекты отливок могут быть обнаружены при визуальном осмотре сразу после извлечения отливок из формы или после их очистки. Внутренние дефекты отливок могут быть выявлены с помощью радиографических или ультразвуковых методов дефектоскопии.

При применении радиографических методов (рентгенография, гаммаграфия), отливки подвергаются воздействию рентгеновского или гамма-излучения. С их помощью можно выявить наличие дефектов, их размеры и глубину залегания.

При использовании ультразвукового контроля, ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, частично отражается при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и т. д.). Отражение волны позволяет оценить наличие, размеры и глубину дефектов.

Трещины в отливках можно обнаружить при помощи люминесцентного контроля, магнитной или цветной дефектоскопии.

Существуют различные методы борьбы с дефектами. Незначительные дефекты в ответственных местах отливок исправляются следующими способами:

Заделка дефектов замазками — это декоративное устранение мелких поверхностных раковин на отливках. Перед применением мастикой дефектные места очищают от грязи и обезжиривают. После заполнения раковин мастикой исправленное место заглаживают, подсушивают и затирают пемзой или графитом.

Для устранения пористости отливок используют пропитывание специальными составами. Они погружаются на 8-12 часов в раствор хлористого аммония, который проникает в промежутки между кристаллами металла и образует оксиды, заполняющие поры отливок. Для предотвращения течи отливок из цветных сплавов применяют бакелитовый лак.

Газовую и электрическую сварку используют для устранения дефектов на необработанных поверхностях, таких как раковины, сквозные отверстия и трещины. Дефекты в чугунных отливках исправляют с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, а в стальных отливках – электродами соответствующего состава. Перед заваркой чугунные отливки нагревают до температуры 350-600° C, а после заварки медленно охлаждают до температуры окружающей среды.

Если вам понравилась статья, добавьте ее в закладки (CTRL+D) и поделитесь с друзьями:

Как устранить газовую раковину

Изображения и формулы отсутствуют. Полную версию работы можно найти в разделе «Файлы работы» в PDF-формате

Вступление.

Каждое литейное предприятие периодически сталкивается с проблемами образования газов (образования газовых пузырей).

Предотвращение брака в отливках состоит в выявлении дефектов, анализе их характера, определении причин возникновения и проведении процедур по предотвращению дефектов.

Обзор литературы.

Определение дефектов металла

Под дефектом понимается любое несоответствие продукции требованиям, установленным в нормативной документации (ГОСТ-17102).

Для понимания в области прикладного, технического качества необходимо учитывать отклонения от установленных стандартов, которые могут ухудшить рабочие характеристики металла или изделия, привести к снижению качества продукции или даже к отбраковке изделий. Однако не каждое отклонение металла является дефектом изделия. Те отклонения от установленного стандарта качества металла, которые не оказывают существенного влияния на работу конкретного изделия, не следует считать дефектами. Отклонения от установленного стандарта качества, которые являются дефектами для изделий, работающих в одинаковых условиях (например, при циклическом нагружении), могут не иметь значения при других условиях работы (например, статическом нагружении).

Разновидности дефектов.

Дефекты могут быть явными, скрытыми, критическими, значительными и незначительными, исправимыми и неисправимыми. Визуально выявить явные поверхностные дефекты проще, чем внутренние скрытые, которые требуют специальных средств для обнаружения. Критическими считают дефекты, из-за которых использование продукции по назначению невозможно или опасно. Значительные дефекты имеют существенное влияние на использование продукции, но не являются критическими. Незначительные дефекты не влияют на использование продукции.

Дефекты изделий могут возникать из различных причин: из-за производственно-технических проблем, металлургических ошибок, ошибок при отливке и прокатке; из-за технологических ошибок при изготовлении и ремонте деталей (например, при сварке, наплавке, механической и термической обработке, калибровке и т.д.); из-за эксплуатационных проблем, возникающих после определенного периода эксплуатации изделия из-за усталости металла деталей, коррозии, охрупчивания под воздействием радиации, износа и других причин, а также из-за неправильного технологического обслуживания во время эксплуатации

Усадочные отверстия — это открытые или закрытые относительно большие полости произвольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящиеся в теле отливки. Они образуются из-за неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные отверстия находятся между сердцевиной и коркой отливки.

Рыхлота — это местное скопление мелких усадочных отверстий при крупнозернистой структуре металла. Часто встречается рыхлота, расположенная над усадочной отверстиями.

Пористость — это местное скопление мелких газовых или усадочных отверстий. Газовая пористость обычно наблюдается в большом объеме отливки или отдельных ее участках.

Ликвационные зоны представляют собой неравномерность химического состава металла в теле отливки. Газовая ликвация возникает как характерный дефект кипящей стали и проявляется в виде участков структурной и химической неоднородности в форме стреловидной ликвации – каналов в зоне наружной корочки и сегрегационных пятен у внутренних концов сотовых пузырей. Участки газовой ликвации в пузырях заражены неметаллическими включениями, такими как сульфиды и оксисульфиды.

Газовые пузыри или раковины в литом металле представляют собой полости (округлые, овальные или продолговатые) с гладкой и иногда окисленной поверхностью. По местоположению в слитках пузыри могут быть внутренними или находиться под коркой.

Распределение внутренних пузырей в слитках является случайным: в спокойной стали они располагаются в основном в верхней части, а в кипящей — в средней по высоте и сечению зоне. Поровые каналы находятся у поверхности слитков, представляя собой тонкие извилистые структуры, часто выходящие на поверхность. Горячая деформация может привести к завариванию пузырей, если их стенки не содержат стойких оксидов или силикатов, а только оксиды железа и марганца. На поперечных макрошлифах спокойной стали незаварившиеся пузыри представлены тонкими полосками. Песчаная раковина представляет собой полость в отливке, частично или полностью заполненная формовочным материалом.

Шлаковая раковина — полость, заполненная шлаком.

Вскип, вскиповая раковина – образования оксидов, возникающих при кипении сплава. Существуют скипы со стороны формы, стержня и от холодильника.

В металлической отливке могут образовываться металлические включения, которые являются иностранными металлическими телами, в основном состоящими из металла. Эти тела могут представлять собой нерасплавленные легирующие компоненты, модификаторы, внутренние холодильники и т. д.

Существует два типа неметаллических включений, которые образуются по разным причинам:

1) Включения неметаллических частиц, попавших в металл извне, такие как частицы шлака, огнеупора, графита, песка и т. д., могут образовывать шлаковые и песчаные включения, которые обычно находятся в верхней части отливки или на ее поверхности;

2) Включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитридов, образующихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава. Они располагаются в виде цепочек или сетки, часто вдоль границ зерен. По форме они могут быть округлыми или удлиненными. Последние могут значительно снизить пластичность металла.

Пористость металла газами.

Газовые раковины — это полости в металлическом отливке, образованные газами, выделенными из металла или внедренными в металл. Поверхность таких раковин гладкая. Они могут быть как отдельными, так и групповыми.

Газовая пористость определяется следующим образом (на примере алюминиевых литейных сплавов):

балл 1 — мелкая пористость;

балл 2 — пониженная пористость;

балл 3 — средняя пористость;

балл 4 — повышенная пористость;

балл 5 — высокая пористость.

Использование эталонов пористости возможно независимо от марки сплава.

Условия определения газовой пористости:

При определении пористости в алюминиевых литейных сплавах исключается усадочная рыхлость или центральная пористость.

Для оценки газовой пористости темплеты (модель масштаба), вырезанные из чушек, отливки или образцы, обрабатывают до шероховатости Ra не более 1,6 мкм.

Для определения газовой пористости макрошлиф травят, не выявляя макроструктуры, затем промывают проточной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

Газовая пористость темплетов чушек определяется на трех квадратах площадью 1 см 2 каждый. Количество пор и размер пор определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Балл пористости, определенный по трем квадратам на двух макрошлифах темплетов чушек, распространяют на всю плавку.

Контроль пористости проводят визуально, невооруженным глазом. Для определения диаметра пор можно пользоваться оптическими приборами с увеличением до 10 раз.

Причины образования газовых раковин:

Появление дефекта происходит благодаря механическому проникновению газов в жидкий металлический расплав из формы, если газы выделяются из форм и стержней. Этот процесс часто сопровождается визуальным эффектом кипения расплава или его выбросом из формы, и поэтому называется вскип. Газы практически всегда присутствуют на границе металл — форма, но они могут проникнуть в металл только при условии, что избыточное газовое давление в форме или стержне превышает сопротивление со стороны металла, которое зависит от высоты столба металла над соответствующей точкой формы или стержня и от удельного веса жидкого сплава.

Из-за газового потока, выходящего из поры в формовочном материале, образуется газовый пузырь; пузырь растет около устья поры до тех пор, пока силы поверхностного натяжения металла, стремящиеся округлить пузырь до шара, и подъемная сила металла не оторвут его от поверхности формы. На месте отрыва пузыря растет новый.

Металл может механически захватывать газы в элементах литниковой системы и непосредственно в полости литейной формы во время заливки. Захваченные таким образом пузыри газа могут оставаться в отливке и образовывать газовые раковины.

Поток расплавленного металла, вытекающий из ковша, притягивает воздух в литниковую воронку или чашу, откуда пузырьки воздуха могут вместе с металлом попасть в стояк и затем — в полость литейной формы. Количество воздуха, захватываемого потоком металла, увеличивается с увеличением высоты его падения. Разбрызгивающийся, неоднородной формы поток металла привлекает больше воздуха, чем поток правильной формы — круглый. Количество воздуха, попадающего в стояк, также зависит от конструкции и объема литниковой чаши.

Образование раковин может быть обусловлено выделением газов из предметов, устанавливаемых в форму, таких как холодильники, жеребцы, шпильки, солдатики, асбестовые прокладки и другие. Если поверхность этих предметов покрыта ржавчиной или сконденсированной влагой, то при контакте с металлом происходит выделение газов, что приводит к образованию местных наружных или внутренних газовых раковин в отливках. Аналогичным образом газовые раковины образуются от прокладочной глины.

Очень часто раковины возникают от газов, содержащихся в жидком металле. В жидком металле всегда присутствуют газы (азот, водород, кислород).

При затвердевании металла происходит резкое снижение растворимости газа, что приводит к формированию газовых пузырьков. Это снижение растворимости приводит к тому, что газы переходят из кристаллической фазы в расплав, что приводит к увеличению содержания газа в незакристаллизованном расплаве (количество газа в расплаве зависит от скорости распространения газа в металле и скорости кристаллизации).

Возможные способы решения проблемы.

Предотвращение образования газовых пузырьков. Для предотвращения образования газовых пузырьков, образующихся при проникновении газа в металл (в том числе при плавке), следует:

Сокращать количество газов в смесях – для этого нужно:

Главная цель исследования заключается в уменьшении вероятности образования газовых пузырей в отливках путем введения транспортного инертного газа в расплав. При этом уже существующие газовые пузырьки объединяются и выбираются на поверхность расплава.

Экспериментальная часть работы.

В настоящее время на основе ФГУП «ПО «Маяк» реализован проект по изготовлению станков. На предприятии осуществляется сборка промышленных станков, включая станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Основа станка — это основной корпус. На нем собираются узлы и механизмы технологических машин.

Качество работы станка полностью зависит от прочности, жесткости и износостойкости литой станины, так как на нее действуют усилия при работе механизмов. Станина обеспечивает точное взаимное расположение всех основных узлов станка. Станины для станков закупаются в Китае и через Балтийскую компанию (г. Санкт-Петербург), и только после этого они поставляются непосредственно на ФГУП ПО МАЯК.

В рамках исследования к сотрудничеству по получению образцов отливок было задействовано «Кыштымское машиностроительное объединение» входящее в крупнейший металлургический холдинг РМК (Российская медная компания). Основным видом деятельности предприятия является литейное производство, где качество выпускаемой продукции очень высоко. Брак продукции составляет от 7-15% от всей выпускаемой продукции.

Вопросы газовых образований (появления газовых раковин) периодически возникают на каждом предприятии литейного производства.

Работа по предотвращению брака литья заключается в выявлении дефектов, анализе их характера, определении причин, а также в назначении и проведении процедур по предупреждению дефектов.

Задачи исследования, направленного на предупреждение появления газовых раковин, включают в себя:

оптимизацию состава формовочных и стержневых смесей для уменьшения газотворности;

увеличение скорости отвода газов из формы путем сокращения пути фильтрации газов;

удаление газовых пузырей из отливки до ее полного затвердевания;

введение в расплав инертного транспортного газа;

контроль концентрации раскислителя в расплаве.

В учебниках и справочниках по металлургии описаны первые два подхода, но их использование в исследованиях оказалось неэффективным.

Контроль концентрации раскислителя позволяет значительно снизить количество окисленных форм железа и других металлов, что благоприятно влияет на протекание химических реакций с образованием газов раскислителя. Однако здесь важным критерием является исходный металл и количество примесей в его составе.

После многочисленных исследований в сталелитейном цеху «Кыштымского машиностроительного объединения» был разработан эффективный способ устранения газовых дефектов — метод введения в расплав транспортного инертного газа.

Путем добавления инертного газа в расплав металла можно значительно увеличить удаление газовых пузырей из ковша. В качестве транспортного газа используют специально изготовленные керамические трубки от предприятия «Бакор», способные выдерживать высокие температуры.

Инертный газ не вступает в реакцию с другими веществами в ковше во время заливки расплавленного металла, вызывая процесс барботажа и надежно проводя сопутствующие газы к границе раздела фаз «Металл – Воздух».

Таблица 1 — Химический анализ исходного металла, % (Атомно-эмиссионный спектрометр «Spectromaxx»)

Как избавиться от дефектов в отливках?

При литье деталей из алюминиевых сплавов различных сечений по технологии литья под высоким давлением, оптимальная толщина детали должна быть от 3 до 5 мм. В процессе изготовления инженер конструктор учитывает эту особенность, однако могут возникать участки с различной толщиной стенок:

• приливы
• рёбра жёсткости
• усиления
• «бобышки»

В этих местах, которые позднее будут обрабатываться механически, требуется более высокая плотность, отсутствие газовых пор и пузырьков. Однако именно эти участки подвержены образованию дефектов литья из-за большей толщины, превышающей оптимальные 3-5 мм. После заливки расплавленного алюминия в формы начинается процесс кристаллизации. Металл быстро остывает при соприкосновении со стенками литейной формы, образуя плотную структуру, иногда называемую «литейной корочкой». В процессе остывания происходит усадка алюминиевого сплава, а в участках с наибольшей толщиной кристаллизация происходит в последнюю очередь, что может привести к образованию «усадочных раковин». При последующей обработке сверлением отверстий и нарезанием резьбы на обрабатывающем центре возможно получение бракованных деталей из-за «усадочных раковин», что приводит к дополнительным технологическим переделкам и потере ресурсов.

Опытные специалисты по литью алюминиевых и магниевых сплавов, технологи и наладчики современного автоматизированного литейного комплекса на машине для литья под высоким давлением, обеспечивающим холодную или горячую камеру прессования для алюминиевых сплавов, способны решить эту проблему и избежать дополнительных, необоснованных затрат на переделку бракованных деталей из-за газовых пор и усадочных раковин.

Дефекты в литье: причины и методы устранения

Согласно ГОСТ 19200-73, существуют четыре основных типа дефектов в отливках:

• неровная поверхность — например, несоответствие габаритов и массы детали заданным в чертеже характеристикам;
• внутренние дефекты, из-за которых изделие получается не сплошным — например, трещины и «раковины»;
• нарушение химического состава и структурные отклонения;
• Проблемы с физическими характеристиками материала.

В стандарте ГОСТ 19200-80 несоответствия по форме и поверхностным дефектам выделены в отдельные категории.

В зависимости от формы отливок, технологии литья и особенностей промышленного оборудования для изготовления деталей дефекты могут сочетаться в одном изделии произвольным образом, что усложняет определение механизма возникновения каждого из них. Наличие хотя бы одного отклонения от параметров чертежа и ГОСТ уже становится поводом для отбраковки запчастей.

Классификация дефектов литья

Далее рассматриваются каждая из пяти групп дефектов с описанием причин их возникновения. Всего в стандартах ГОСТ 19200-73 и 19200-80 описано 50 различных отклонений.

Первая категория дефектов – отклонения по форме

Проблема недолива возникает, когда расплав заполняет форму для изготовления детали только частично. Это обусловлено плохой текучестью материала из-за низкой температуры. Чаще всего недоливы проявляются на труднодоступных участках литейной формы, особенно при изготовлении деталей со сложной геометрией и тонкими стенками.

Жидкотекучесть — это способность раскаленного металла заполнять все полости формы для литья во время движения и в процессе кристаллизации. Эта характеристика зависит от физических и химических свойств материала и формы. Некоторые металлы могут быть непригодны для изготовления определенных деталей из-за их низкой жидкотекучести.

Неслитина — это отверстие или щель в изделии, возникшее из-за непрохождения потоков расплава с низкой жидкостью.

Обжим представляет собой искажение формы детали, вызванное механическим деформацией литейной формы до или после ее заполнения расплавом.

Подутость — это местное увеличение толщины детали, возникающее при слабом уплотнении литейной формы из песка.

Перекос — это нарушение взаимного расположения частей изделия, которое становится заметным после очистки. Металлические детали становятся перекошенными, когда мастера устанавливают модель и опорную оснастку неточно, плохо закрепляют ее штырями и втулками перед заливкой металла.

Перекос влияет как на поверхность деталей, так и на их внутреннюю структуру. Деталь считается бракованной, если большой перекос не удается убрать механическим способом, или если его размеры превышают заданные.

Перекос стержня проявляется в виде смещения отверстия, полости или части детали, полученной с использованием этого стержня. Перекос образуется, когда стержень смещается.

Разностенность — это появление излишне толстых или тонких стенок у детали из-за смещения или выхода стержня.

Заливка стержня — это заполнение расплавом отверстия, которое должно было сформироваться вокруг невставленного или разрушившегося стержня.

Коробление — это искажение формы изделия из-за внутренних напряжений, возникающих при остывании расплава.

Незалив — это несоответствие формы детали заданной на чертеже, возникшее из-за износа литьевой формы или ее низкого качества обработки.

Зарез — это изменение контура изделия при удалении литников и механической послелитейной обработке.

Изменение формы и размера детали происходит при отламывании литников и прибылей, механической обработке и транспортировке. Это называется вылом.

Прорыв — это неполное формирование или искажение контуров изделия при заливке расплава в непрочную литейную форму.

Уход металла — образование пустоты внутри отливки вследствие течи расплава из недостаточно закрепленной формы. Снаружи такую полость не видно, поскольку она скрыта за тонкой коркой затвердевшего материала.

Вторая категория дефектов – дефекты поверхности

Пригар — слой материала на поверхности детали, который плохо очищается и появляется при контакте материала формы с металлическим расплавом и его окислами.

Спай — это выпуклое округлое углубление, возникающее при неполном слиянии расплава из-за его недостаточной нагрева или неравномерной заливки в форму. Этот дефект обычно обнаруживается на труднодоступных участках детали, до которых расплав добирается окисленным и недостаточно горячим, то есть с низкой степенью жидкости. Чтобы предотвратить образование спая, необходимо качественно разогреть металл перед заливкой в форму.

Одной из причин появления этого дефекта является особенность конструкции литниковой системы. Она должна обеспечивать быструю заливку формы расплавом, в том числе зоны, где образуются тонкие стенки будущего изделия. Если размеры спая позволяют его обточить механическим способом, изделие не считается бракованным.

Ужимина — это углубление с покатыми кромками, которое заполняется материалом литейной формы и покрывается металлом из-за отслойки материала формы в процессе заливки.

Нарост — это выступ с различными очертаниями, возникающий из смеси расплава с формовочным материалом. Формовочный материал загрязняет расплав при разрушении литейной формы.

Залив — это заметный визуально результат перелива расплава в щели по краям литейной формы, стержней или их отметок. Он выглядит как прилив или выступ, создает проблемы при очистке деталей и иногда приводит к их браку. При попытках удалить залив, изделие может трескаться.

Крупные заливы возникают из-за искажения конфигурации литейной формы на этапе ее производства. Другие причины — неплотное или неравномерное уплотнение формовочной смеси в опоке, вибрация форм в процессе их перемещения.

Засор — участок, где осадочный материал оказался в потоках расплава на поверхности изделия.

Плена — плотное покрытие поверхности изделия металлом или оксидом из-за слишком быстрой/неравномерной заливки расплава в литейную форму. Плена возникает из-за окисления химических включений в составе стали, которые легко взаимодействуют с кислородом.

Просечки — это линии на наружной поверхности изделия, возникающие после затекания расплава в трещины на литейной форме или стержне. Это может произойти, например, при расширении формовочной смеси. Просечки обнаруживаются после извлечения отливок из формы и их осмотра.

Окисление (окалина) — процесс образования видимого оксидного слоя на изделии во время отжига заготовок из белого чугуна для улучшения их ковкости. Во время отжига металл окисляется, и оксид отходит слоями. Если отделение оксида происходит с трудом, то изделие подвергается дробеметной обработке. Если такая обработка не приводит к желаемому эффекту, изделие признается бракованным.

Поверхностное повреждение — это неровности на поверхности, возникающие при извлечении детали из формы методом горячей выбивки, ее очистке и перевозке.

Складки — это мелкие выпячивания и углубления на поверхности, образующиеся из-за недостаточной текучести расплава. Складки часто встречаются на литых чугунных деталях.

Небольшие неровности на деталях, превышающие стандарты ГОСТ, можно назвать шероховатой поверхностью. Они могут быть как сплошными, так и мозаичными, возникают при отливке изделия из формовочного материала крупной фракции или недостаточно уплотненного материала.

Газовая шероховатость — это мелкие впадины на деталях, появляющиеся из-за роста газовых раковин.

Третья группа дефектов — внутренние неоднородности

Горячие трещины — это неровные области на металлических изделиях, покрытые оксидом. Они образуются, когда раскаленный металл трескается в процессе увеличения твердости.

Холодные трещины — это разрывы на поверхности литых изделий, вызванные внутренними напряжениями или ударами. В отличие от горячих трещин, холодные являются светлыми и не покрыты оксидом.

Межкристаллические трещины — это разрывы, возникающие на границах аустенитных зерен поверхности литых металлических изделий в процессе их остывания. Такие трещины образуются из-за внутренних термических напряжений в материале и выделения неметаллических включений по границам аустенитных зерен.

Эти трещины могут быть как внешними, так и внутренними (вторые отличаются ярким блеском на темном фоне металла).

Газовые раковины представляют собой полости в деталях, образующиеся при выделении внутренних или внешних газов. Внутренние раковины образуются под воздействием газов, которые выделяются при охлаждении раскаленного металла, в то время как внешние раковины образуются из-за выделения газов из формы для литья и выделения воздуха, захваченного расплавом.

Тонкие и длинные полости, параллельные поверхности детали, образуются в металле из-за большого количества водорода.

Раковины, образованные в процессе остывания расплава, представляют собой закрытые или частично открытые полости с неровной поверхностью, возможно покрытые оксидом. Они характерны для большинства чистых металлов и сплавов из-за усадки материала и кристаллических включений, усаживающихся по объему сильнее, чем металл.

Наружные раковины становятся видны после удаления окалины с деталей, внутренние обнаруживаются при механической обработке изделий, их проверке ультразвуком или дефектоскопом, а также при использовании отливок.

Газовые раковины гладкие на ощупь, в то время как усадочные — шероховатые и содержат острые аустенитные включения.

Шлаковая раковина — полость, в которой накапливается шлак. Образование шлака происходит в процессе плавки чугуна и стали, когда оксиды металлов реагируют с шлакообразующими веществами. Обычно шлаковые раковины образуются в верхней части отливки или на её поверхности. После удаления шлака из полости её поверхность может быть гладкой или слегка неровной. Особенность — неровные края.

Вот возможные причины появления шлаковых включений:

• В литейном ковше оказалось слишком много шлака из печи.
• В ковше образовались вторичные шлаки.
• Расплавленный металл разрушил кладку плавильной печи, желоб или защитный состав, которым покрыт ковш.
• Шлаки попали в литьевую форму во время заливки расплавом.
• Нарушена технология литья металла.

Залитый шлак — скопление шлака в форме.

Графитовая пористость проявляется в виде сосредоточенных или паукообразных включений графита, делающих материал менее плотным. Это обнаруживается во время гидравлических испытаний литых изделий.

Графитовые пластины образуются в сером чугуне, если грубые включения графита были изначально присутствовать в чушках. Чтобы избежать графитовой пористости, технологи учитывают химический состав металла и его структуру до отправки в печь.

Усадочная пористость возникает из-за небольших пор, появляющихся во время усадки отвердевшего чугуна, стали или сплава. Изделие может стать пористым, если при производстве не было обеспечено достаточное питание.

Серый чугун характеризуется наименьшей объемной и линейной усадкой (и склонностью к образованию мелких пор). Малой линейной усадкой также обладают сплавы алюминия, белый и высокопрочный чугун.

Для предотвращения образования пор в затвердевающем металле, стараются дополнительно подводить жидкий металл. Этот метод позволяет кристаллизующемуся слою оставаться в постоянном контакте с более горячим металлом, избегая образования пор.

Газовая пористость — это мелкие полости, образующиеся в затвердевающей металлической детали из-за выделения газов, содержащихся в расплаве.

Рыхлота — это скопление мини-раковин, образовавшихся в процессе усадки материала. Этот дефект обнаруживается в ходе постобработки и дефектоскопии металлических изделий. По мере остывания расплавленного металла происходит его сжатие, и в результате появляются усадочные раковины и мелкие поры.

Непровар жеребеек — это недостаточная степень сплавления металлического изделия с жеребейками. Проблемы со сплавлением возникают, когда жеребейки грязные и/или расплав слишком холодный. Если жеребейки не полностью расплавлены, их слишком много или они слишком крупные, в изделии появляются включения. Под понятием «включения» в данном контексте подразумеваются и внутренние структуры из стали, размещенные в литейных формах и не соединенные с чугунной деталью.

Вскипы — скопления раковин и наростов, образующиеся в процессе образования пара из-за излишне высокой влажности литейной формы. Еще одной причиной появления вскипов является попадание газов из стержней внутрь формы.

Утяжина представляет собой углубление с закругленными краями на поверхности литого изделия, которое появляется в процессе усадки сплава, набирающего прочность.

Четвертая категория дефектов – включения

Посторонние включения могут быть как металлическими, так и неметаллическими, и относятся к числу дефектов.

Металлические включения представляют собой инородные частицы с ярким металлическим блеском. Их структура отличается от материала изделия, и они плавятся при более высокой температуре. Эти включения возникают при частичном расплавлении ферросплавов в основном металле, который попадает в изделие не вовремя, из ковша или литейной формы. Их легко видно невооруженным глазом после обработки готовых изделий. Чаще всего в основной металл добавляется хром или молибден.

Неметаллические включения — твердые частицы, которые попали в расплав извне или образовались в результате химической реакции.

Обычно неметаллические включения интегрируются в структуру отливок в процессе плавления из примесей в шихте или образуются в расплаве в процессе заливки в формы. Такие включения присутствуют в любом виде стали, но для прочности конечной детали имеет значение их местоположение. Графитовые включения типичны для чугуна.

Дефект под названием «королек» представляет собой небольшой круглый кусочек металла с гладкой блестящей поверхностью, который затвердел отдельно от основного материала изделия. Такие дефекты возникают в результате нарушения технологии заполнения литейной формы и образуются из брызг расплава, особенно часто встречающихся в чугунных изделиях. Корольки могут быть обнаружены как на поверхности, так и внутри изделия.

Если форма заполнена неправильно, то некоторые капли расплавленного металла могут отлететь и оказаться в отдаленных участках формы. Там они застывают, покрываясь оксидом, и не сливаются с основной массой изделия из-за того, что оксиды на их поверхности плавятся при более высокой температуре, чем сам металл.

Пятая категория дефектов – структурные несоответствия

Основные виды дефектов структуры включают в себя отбел, половинчатость, ликвацию и флокен.

Отбел — это участки повышенной твердости в литых изделиях из серого чугуна. Механическая обработка отбелов (фрезерование, строгание и другое) затруднена из-за того, что они состоят не из металла, а из частиц цемента.

Этот дефект получил свое название из-за своего характерного светлого оттенка, который контрастирует с более темной поверхностью серого чугуна.

Отбел появляется, как правило, на участках изделий с небольшой толщиной и в зонах вокруг острых углов. Одной из причин образования этого дефекта является низкое содержание углерода и кремния в металле. Еще одной возможной причиной является высокое содержание веществ, выделяющих карбид.

Профилактика появления отбела на уязвимых участках изделий заключается в модификации серого чугуна в ковше. Для этого в состав сплава вводят ферросилиций, силикатный кальций, чистый графит. После добавления этих компонентов сплав нагревают до температуры около 1400*С.

Половинчатость (отсер) — это участки со структурой серого чугуна в деталях из белого чугуна. Дефект возникает из-за местного выделения первичного графита при остывании литых изделий. Графит выделяется в чугуне с большой массовой долей углерода и кремния.

Процесс ликвации представляет собой избирательное образование кристаллов некоторых химических веществ в твердом металлическом изделии во время его остывания.

Флокен — это обломок стали, образовавшийся из-за воздействия водорода в ее составе. Поверхность флокена имеет матовый вид и слегка выделяется на сером чугуне.

Как бороться с пятью наиболее распространенными дефектами литья?

Засоры твёрдых веществ на поверхности и внутри литой детали — это локализованные включения. Самыми распространёнными считаются песчаные засоры. Они могут появляться при размыве литниковой системы или формы потоком расплава.

Это может возникнуть из-за непрофессионального обращения с формой, или если собранная форма долго ожидала заливки, а также при высоких значениях осыпаемости формовочной песчано-глинистой смеси. Чтобы избежать таких проблем, необходимо оптимизировать технологический процесс и контролировать свойства смеси в лабораторных условиях. Засор также может возникнуть из-за попадания в расплав излишнего количества шлака или непрофессиональной заливки, а также наличия металлических включений (легирующих элементов или нерасплавленного холодильника). В этом случае также необходимо улучшить порядок на плавильном участке и использовать фильтры для заливки.

При наличии на поверхности отливки остатков формовочной смеси происходит образование пригара. Он взаимодействует с металлом и становится частью поверхности отливки. Пригар может возникать по нескольким причинам: — механическим: металл проникает в крупные поры формы и смешивается с смесью — химическим: образуется при реакции окислов расплавленного металла с материалом формы — термическим: легкоплавкие частицы формовочной смеси расплавляются под высокой температурой металла и привариваются к поверхности отливки. Чаще всего происходит комбинированное образование химико-механического пригара. Для борьбы с пригаром в песчано-глинистую формовочную смесь добавляют специальные вещества: уголь, мазут или современные противопригарные композиции, а также применяют противопригарные покрытия и краски. Они действуют следующим образом: — образуют блестящий углерод, который не дает влаге проникнуть в зерна песка формы — создают восстановительную атмосферу, препятствующую окислительным реакциям в форме. Кроме того, при получении отливок необходимо контролировать: — температуру, время и скорость заливки, поскольку их повышенные значения могут привести к образованию пригара — степень уплотнения формы и свойства смеси — процесс очистки отливок.

Усадочные раковины

Они возникают на поверхности или внутри отливки, несмотря на то, что они не имеют шероховатой поверхности, в отличие от газовых. Существует также усадочная пористость — неоднородности в отливке, которые возникают при переходе расплава из жидкого состояния в твердое.

Неэффективность конструкции отливки или литниковой системы может привести к недостаточному питанию отливки во время кристаллизации и, следовательно, к усадочным раковинам. Также причиной дефектов может быть неподходящий литейный сплав. Чтобы бороться с усадочными раковинами, необходимо улучшить технологию, выбрать другой материал с более узким температурным интервалом кристаллизации. Или ускорить кристаллизацию путем выбора других формовочных материалов, которые быстрее поглотят тепло.

Такие дефекты могут возникать из-за недостатков или прослоек в материале изделия. В зависимости от температуры, при которой происходит образование трещин, они подразделяются на горячие и холодные. Внешний вид и причины образования таких трещин различны. Горячие трещины легко заметны, имеют неровную структуру разлома и черные (окисленные) края.

Горячие трещины появляются при высоких температурах, близких к температуре солидуса, когда усадочные напряжения в отливке превышают прочность металла. В этот момент прочностные и пластические свойства металлического сплава очень низки, и важную роль в предотвращении образования трещин играет подвижность формы.

Лабораторные условия позволяют изменить состав формовочной смеси и контролировать ее свойства для достижения указанной цели. Также возможно применение сплавов с максимальными механическими свойствами при критических температурах. Холодные трещины представляют собой разрывы со светлой поверхностью излома, которые могут иметь цвет побежалости.

Они появляются в диапазоне температур, когда происходят упругие, а не пластические деформации (ниже 700 оC). Эти трещины вызваны изменениями объема металла в процессе остывания, они происходят при структурных изменениях. Для предотвращения холодных трещин необходимо обратить внимание на наличие «термических» узлов или концентрации напряжений в отдельных участках отливки.

Необходимо сделать конструкцию отливки более гибкой, чтобы избежать появления трещин из-за недостаточной прочности и пластичности расплава. Равномерный режим охлаждения отливки также играет важную роль. Специалисты компании СЛТ готовы помочь вам выявить причины дефектов на производстве и предложить способы их устранения. Мы также готовы проконсультировать вас по подбору нового производственного и лабораторного оборудования, а также улучшению технологии получения литых заготовок.

Появление светлых газовых раковин при литье. Причины и способы предотвращения (статья)

Важным аспектом при устранении литейных дефектов является правильная классификация их типов на производстве. Эта тема подробно освещена в статье, опубликованной в №1 настоящего Альманаха за 2006 год. В ней рассматривается новое применение системного анализа для улучшения качества литья, позволяющее оперативно определять типы светлых газовых дефектов с помощью разработанных схем. В данной публикации мы продолжим изучение усовершенствованных методов улучшения качества отливок.

После определения типов дефектов необходимо провести анализ и выявить причину их возникновения, а также способы устранения светлых раковин. Для этого следует использовать материалы, представленные в статье об анализе причин.

Существование и способы устранения дефектов. Структура причин состоит из четырех уровней. На изображении 1 показана структура разграничения причин трех видов раковин гладких светлых блестящих, которые обладают следующими отличительными характеристиками:

■ первый дефект — раковина находится в различных местах отливки, имеет сферическую форму и размер от 5 до 15 мм (рис. 2);

■ второй дефект — раковина находится в различных местах отливки, имеет сферическую или иную форму и размер более 15 мм («вскип») (рис. 3);

■ третий дефект — раковины «ситовидная пористость», расположены на поверхности отливки, имеют сферическую или каплеобразную форму, размером 2—5 мм (рис. 4).

Рассматриваемые дефекты изображены на рисунках 2—4. Все они имеют аналогичные причины возникновения — в основном из-за влаги в форме или стержне.

На первом этапе архитектуры анализируется группа описанных выше дефектов — гладкие, светлые и блестящие раковины, имеющие общее происхождение, но различающиеся по виду, форме и местоположению.

Затем рекомендуется держать собранные формы не более одного часа и избегать повышенной температуры стержней и формовочной смеси, чтобы их температура не превышала 35 градусов.

Если после применения указанных мероприятий дефект исчезает, исследование можно завершить, а исправленную технологию запустить в производство. В случае появления новых дефектов следует перейти к следующему этапу архитектуры.

На четвертом уровне обсуждаются дополнительные способы удаления гладких светлых блестящих раковин. Один из эффективных методов заключается в увеличении металлостатического давления в форме, что поможет предотвратить проникновение газа в металл. Увеличение времени заливки формы и повышение температуры заливаемого металла благоприятно влияют на удаление образующегося газа в процессе заливки металла в форму. Для этого форма должна иметь наколы на поверхности и выпоры в наиболее высоких точках отливки.

В нижней части структуры показана схема взаимодействия технологических параметров при использовании дополнительных методов устранения дефектов. Например, если можно увеличить металлостатическое давление, то можно сократить время заливки металла и снизить его температуру. Есть и другой вариант: если невозможно увеличить металлостатическое давление, то можно увеличить время заливки и повысить температуру металла. Также возможны и другие варианты использования описанных технологических методов.

Представленные данные могут быть эффективно применены совместно с книгой «Экспертная оценка качества литья», где приводятся материалы экспертной системы по моделированию условий улучшения качества литья.

РАКОВИНЫ ГЛАДКИЕ СВЕТЛЫЕ РАССРЕДОТОЧЕННЫЕ

Архитектура разграничения причин возникновения газовых раковин представлена на рисунке 1.6. Они обладают следующими особенностями: гладкая светлая блестящая поверхность, размещение в различных точках отливки, сферическая или иная форма, размер от 2 до 5 мм, похожие на мелкие раковины на рисунке 4.

Первый уровень архитектуры посвящен именно этим описанным раковинам — гладким, светлым и рассредоточенным.