Исправление дефектов отливок, таких как раковины, трещины и спай, может быть достигнуто с помощью методов механической обработки, сварки и заполнения. Механическая обработка позволяет удалить недостатки на поверхности, а сварка используется для соединения треснувших или отслоившихся участков. Заполнение же помогает восстановить недостающие объемы материала, что обеспечит прочность изделия.
Для устранения недоливов применяют специальные составы, которые заполняют пустоты и обеспечивают должное сцепление с основным материалом. Также контроль качества на всех этапах производства, включая использование высокоточных форм и современного оборудования, позволяет значительно снизить вероятность появления подобных дефектов, что в итоге способствует увеличению долговечности и надежности отливок.
Дефекты отливок и способы их устранения
Брак отливок составляет от 5 до 20 % массы выпускаемой продукции. Наиболее часто встречаются внешние дефекты отливок, обнаруживаемые при поверхностном осмотре (несоответствие размеров, спаи, недоливы, заливы, пригар и др.); объемные дефекты, расположенные внутри отливки (трещины, раковины и пр.); несоответствие требованиям химического состава и структуры металла; неудовлетворительные механические и другие свойства.
Несоответствие размеров отливки чертежу является следствием дефекта модели, неточности сборки формы или вздутия слабо набитой формы при заливке.
Спаи и недоливы образуются при снижении жидкотекучести металла и его затвердевании до заполнения формы, что происходит при низкой температуре металла или малом сечении питателей тонкостенных отливок.
Заливы (заусенцы) и перекосы образуются по разъему форм вследствие небрежного спаривания полуформ, износа опок и моделей, контрольных штырей и втулок.
Пригар является следствием недостаточной огнеупорности формовочных материалов и красок.
Ужимины могут быть следствием теплового воздействия металла, когда поверхностные слои формы разогреваются и деформируются или отслаиваются, образуя в отливке вмятину. Ужимины Возникают из-за переуплотнения формы, ее повышенной влажности или неоправданно высокой температуры заливки металла.
Горячие трещины возникают в отливках при высокой температуре заливаемого металла, слабой податливости форм и стержней, при неправильной конструкции литников и прибылей. Холодные трещины являются следствием неравномерной усадки отливки в тонких и толстых ее частях.
Газовые раковины наблюдаются при чрезмерной влажности формовочной смеси, недостаточной вентиляции форм и стержней, сыром стержне, газонасыщенном металле, низкой температуре литья. Земляные раковины возникают при низкой прочности форм и стержней, смываемых струей заливаемого металла.
Шлаковые включения образуются при неправильной конструкции литниковой системы и заливке неочищенным от шлака металлом.
Усадочные раковины появляются при неправильной установке литников и прибылей, при высокой температуре заливки металла.
Основные способы иборьбы дефектов отливок — электро- и газовая сварка, заливка эпоксидной смолой, металлизация, механическая заделка. Дефектные места разделывают зубилами, высверливают и заваривают стальными, медными и медно-никелевыми электродами. Для снятия напряжений после заварки применяют отжиг отливок при 450—500 °С.
Судостроение
- Общие сведения о материалах в судостроении
- Основы металлургии
- Обработка металлов давлением
- Технология литейного производства
- Судостроительная сталь для корпусных конструкций
- Основные сведения о стальном прокате для судостроения
- Судовые стальные поковки и отливки
- Сплавы алюминия и титана в судостроении
- Неметаллические конструкционные материалы
- Материалы для обстройки судовых помещений
- Лакокрасочные материалы
- Справочник бригадира, мастера судостроительного производства
- Настройка судовых систем пожарной сигнализации
- Устройство и ремонт корпусов металлических судов
- Парус на лодке
- Судовые столярные работы
- Оснастка для судовых монтажных работ
Литейные дефекты в отливках
Когда металлическая отливка обладает хотя бы одним дефектом, описанным в ГОСТ 19200-73 или ГОСТ 19200-80, в большинстве случаев ее признают бракованной. Насчитывают десятки причин появления дефектов. В числе типичных низкое качество исходного сырья, плохая подготовка шихты для получения расплавленного металла, непродуманная конструкция детали или литниковой системы, нарушенная технология литья и другое. О том, почему литые детали становятся бракованными, как классифицируют дефекты и как предотвращают некоторые из них — рассказываем в статье.
Дефекты в литье: причины и методы устранения
ГОСТ 19200-73 описывает четыре базовых 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 механическими свойствами.
В ГОСТ 19200-80 несоответствие по геометрии и поверхностные дефекты вынесены в отдельные категории.
В зависимости от конфигурации отливок, технологии литья и особенностей промышленного оборудования для изготовления деталей дефекты могут сочетаться в одном изделии произвольным образом, что усложняет установление механизма появления каждого из них. Наличие единственного отклонения от параметров чертежа и ГОСТ уже является основанием для выбраковки запчасти.
Классификация литейных дефектов
Далее рассмотрим каждую из пяти групп дефектов с описанием причин возникновения. Всего в ГОСТ 19200-73 и 19200-80 описано 50 различных отклонений.
Первая категория дефектов – отклонения по геометрии
Недолив появляется в ситуации, когда форма для изготовления детали заполняется расплавом только частично. Причиной недоливов считают плохую текучесть (жидкотекучесть) материала вследствие его низкой температуры. Чаще всего недоливы обнаруживают в труднодоступных участках литейной формы, когда изготавливают детали с тонкими стенками и сложной геометрией.
Жидкотекучестью называют способность раскаленного металла проникать во все полости формы для литья при нахождении в подвижном состоянии и на этапе кристаллизации. Эта характеристика связана как с физическими, так и с химическими свойствами материала и конфигурацией формы. Существуют металлы, от жидкотекучести которых зависит возможность или невозможность изготовления конкретной детали.
Неслитина представляет собой отверстие или щель в изделии, появившуюся из-за несоединения потоков расплава с низкой жидкотекучестью.
Обжим — искажение формы детали, вызванное механической деформацией литейной формы до или после ее заполнения расплавом.
Подутость — местное увеличение толщины детали, которое появляется при слабом уплотнении литьевой формы из песка.
Перекос — нарушение взаимного расположение частей изделия, которое становится заметным после очистки изделия. Металлические детали получаются перекошенными, когда мастера устанавливают модельную и опочную оснастку неточно, плохо закрепляют ее штырями и втулками перед заливкой металла.
Перекашивает как поверхность деталей, так и их внутреннюю структуру. Деталь выбраковывают, если большой перекос не удается сточить механическим способом, или если его размеры превышают заданные.
Стержневой перекос выглядит как сдвиг отверстия, полости или части детали, получаемой с использованием стержня. Когда такой стержень смещается, образуется перекос.
Разностенность — появление чрезмерно толстых или истонченных стенок у детали из-за того, что стержень сместился или всплыл.
Стержневой залив — заполнение расплавом отверстия, которое должно было сформироваться вокруг не вставленного или разрушившегося стержня.
Коробление — нарушение формы изделия из-за появления внутренних напряжений в процессе остывания расплава.
Незалив — несовпадение формы детали с заданной в чертеже, образовавшееся по причине износа литьевой формы или ее плохой отделки.
Зарез — изменение контура изделия при снятии литников и механической постобработке.
Вылом — изменение формы и размера детали при отчленении литников и прибылей, механической обработке и перевозке.
Прорыв — неполное формирование или искажение контуров изделия при заливке расплава в непрочную литейную форму.
Уход металла — появление пустой полости внутри отливки при вытекании расплава из плохо закрепленной формы. Снаружи такая полость не видна, поскольку скрывается за тонкой коркой затвердевшего материала.
Вторая категория дефектов – дефекты поверхности
Пригар — плохо поддающийся очищению слой материала на поверхности детали, появившийся при соприкосновении материала формы с металлическим расплавом и его окислами.
Спай — углубление со скругленными краями, появившееся при неполном слиянии потоков расплава вследствие его недостаточного нагрева или неравномерной заливки в форму. Спай обычно находят на труднодоступных участках детали, до которых расплав “добирается” окисленным и недостаточно горячим. То есть, обладающим малой жидкотекучестью. Профилактика образования спая — качественный разогрев металла перед заполнением формы.
Одна из причин появления данного дефекта — особенности конструкции литниковой системы. Она должна быть такой, чтобы форма быстро заполнялась расплавом — в том числе, зоны формирования тонких стенок будущего изделия. Если размеры спая позволяют обточить его механическим способом, изделие не выбраковывают.
Ужимина — углубление с покатыми кромками, заполненное материалом литейной формы и покрывшееся металлом из-за отслойки материала формы в процессе заливки.
Нарост — выступ с любыми очертаниями, появившийся из перемешанного с формовочным материалом расплава. Формовочный материал загрязняет расплав при разрушении литейной формы.
Залив — заметный визуально результат затекания расплава в щели по краям литейной формы, стержней или стержневых знаков. Выглядит как прилив или выступ, мешает чистить детали, иногда приводит к их выбраковке. Когда мастера пытаются отбить залив, изделие трескается.
Крупные заливы появляются при искажении конфигурации литейной формы на этапе ее производства. Другие причины — неплотно или неравномерно спрессованная формовочная смесь в опоке, тряска форм в процессе их перемещения.
Засор — участок, где формовочный материал застрял в потоках расплава на поверхности детали.
Плена — тугоплавкое покрытие поверхности детали металлом или оксидом вследствие слишком быстрой/неравномерной заливки расплава в литейную форму. Плена появляется из-за окисления химических включений в составе стали, легко вступающих в реакцию с кислородом.
Просечки — это прожилки на наружной поверхности изделия, появившиеся после затекания расплава в трещины на литейной форме или стержне. Так происходит, например, при расширении формовочной смеси. Просечки обнаруживаются после извлечения отливок из оснастки и их осмотра.
Окисление (окалина) — образование визуально заметного оксидного слоя на изделии в процессе отжига заготовок из белого чугуна с целью повышения ковкости. В печи для отжига металл окисляется, и оксид сходит слоями. Если слои отходят с трудом, изделие помещают в дробеметный агрегат. В отсутствие эффекта от такой обработки деталь признают бракованной.
Поверхностное повреждение — неровные участки поверхности, появившиеся при извлечении детали из формы методом горячей выбивки, ее очистке и перевозке.
Складки — небольшие возвышения и впадины с гладкой поверхностью, образующиеся при недостаточной жидкотекучести расплава. Складки типичны для литых чугунных деталей.
Шероховатая поверхность — это мелкие неровности на детали, характеристики которых превышают указанные в ГОСТ. Бывают сплошными и мозаичными. Шероховатости образуются на изделии, отлитом с использованием формовочного материала крупной фракции или недостаточно уплотненного материала.
Газовая шероховатость — мелкие сферические впадины на детали, которые появляются при росте газовых раковин.
Третья категория дефектов – внутренние несплошности
Горячие трещины — неровные надорванные участки металлического изделия, покрытые оксидом. Раскаленный металл обычно трескается во время набора твердости.
Холодные трещины — надрывы поверхности литого изделия, возникшие из-за внутренних напряжений или ударов по детали. В отличие от горячих, холодные трещины — светлые и не покрытые оксидом.
Межкристаллические трещины — разрывы по границам аустенитных зерен на поверхности литых металлических изделий, появившиеся в процессе остывания материала в форме. Трещины между кристаллами объяснимы термическими напряжениями внутри заготовок и выделением неметаллических включений по границам аустенитных зерен.
Межкристаллические трещины бывают наружными и внутренними (для них характерен яркий блеск на более темном фоне металла).
Газовые раковины — полости в детали, сформировавшиеся при выделении внутренних или внешних газов. Внутренние раковины появляются под воздействием газов, выделяемых при снижении температуры раскаленного металла. Внешние раковины образуются при выделении газов из формы для литья и при выделении воздуха, захваченного расплавом.
Ситовидные раковины — тонкие и длинные полости, параллельные поверхности детали. Ситовидные полости появляются из-за высокого содержания водорода в отвердевающем металле.
Усадочные раковины — закрытые, частично или полностью открытые полости с неровной поверхностью. Бывают покрыты оксидом. Усадочные раковины появляются в процессе остывания расплава в форме и объясняются усадкой материала. Они типичны для большинства чистых металлов и сплавов, потому что кристаллические включения усаживаются по объему сильнее, чем металл.
Внешние раковины становятся видны после удаления окалины с деталей, внутренние дают о себе знать при механической постобработке изделий, при их обследовании ультразвуком или дефектоскопом, в процессе использования отливок по назначению.
На ощупь газовые раковины гладкие, усадочные — шероховатые, при прикосновении в них чувствуются острые аустенитные включения.
Шлаковая раковина — полость, в которой находится шлак. Шлак формируется в ходе плавки чугуна и стали, когда оксиды металлов взаимодействуют со шлакообразующими веществами. Обычно шлаковые раковины появляются в верхней части литой детали или на ее поверхности. Когда шлак вычищают из полости, ее поверхность остается гладкой или слегка шероховатой. Отличительная особенность — неровные края.
Вот вероятные причины появления шлаковых включений:
- В литейном ковше оказалось слишко много шлаков из печи.
- В ковше сформировались вторичные шлаки.
- Расплавленный металл разрушил кладку плавильной печи, желоб или защитный состав, которым покрыт ковш.
- Шлаки оказались в литьевой форме, пока ее заполняли расплавом.
- Нарушена технология литья металла.
Залитый шлак — скопление шлака в форме.
Графитовая пористость — сосредоточенные или паукообразные графитовые включения в форме пластин, которые делают материал менее плотным. Последнее выявляется на этапе гидравлических испытаний литых изделий.
Графитовые пластины выделяются в сером чугуне в том случае, если грубые графитовые включения изначально имелись в чушках. Для предотвращения графитовой пористости технологи учитывают и химический состав чушкового металла, и его структуру до отправки в печь.
Усадочная пористость — небольшие поры, появившиеся во время усадки отвердевающего чугуна, стали или сплава. Изделие может стать пористым, если в ходе производства для нее не было организовано достаточное питание.
Наименьшая объемная и линейная усадка (и склонность к образованию мелких пор) характерны для серого чугуна. Малой линейной усадкой также обладают сплавы алюминия, белый и высокопрочный чугун.
Для предотвращения усадочной пористости к затвердевающей отливке стараются дополнительно подводить жидкий металл. При таком подходе кристаллизующийся слой все время соприкасается с более горячим и не приобретает пористую структуру.
Газовая пористость — мини-раковины, которые появляются в затвердевающей металлической детали вследствие выделения газов, содержавшихся в расплаве.
Рыхлота — кластеры из мини-раковин, образовавшихся при усадке. Дефект находят при постобработке и дефектоскопии металлических изделий. По мере остывания расплавленный металл теряет объем, и в нем появляются усадочные раковины и мелкие поры.
Непровар жеребеек — несплошность соединения металлического изделия с жеребейками. Проблемы с соединением возникают, когда жеребейки грязные и/или расплав слишком холодный. Если жеребейки не расплавились, их слишком много и они крупные, в изделии появятся включения. В понятие “включения” в данном случае входят и внутренние стальные холодильники, размещаемые в литейных формах и не образующие связи с чугунной деталью.
Вскипы — кластеры из раковин и наростов, появившихся в процессе парообразования из-за чрезмерно высокой влажности литейной формы. Другая причина формирования вскипов — попадание газов из стержней внутрь формы.
Утяжина — выемка с округлыми кромками на поверхности литого изделия, появившаяся во время усадки набирающего прочность сплава.
Четвертая категория дефектов – включения
Посторонние включения, относимые к дефектам, бывают металлическими и неметаллическими.
Металлические включения — инородные включения с ярким металлическим блеском. Они обладают иной структурой по сравнению с материалом детали и плавятся при более высокой температуре. Металлические включения формируются при частичном расплавлении ферросплавов в основном металле, несвоевременно попавших в него из ковша или литейной формы. Они заметны невооруженным глазом при постобработке готовых деталей. Чаще всего к основному металлу подмешивается хром или молибден.
Неметаллические включения — твердые примеси, оказавшиеся в расплаве механическим путем или образовавшиеся в нем в результате химической реакции между основными компонентами.
Неметаллические включения — твердая частица, которая оказалась в расплаве извне или образовалась вследствие протекания химической реакции.
В большинстве случаев неметаллические включения переходят в структуру литых деталей на этапе плавления из примесей в шихте или оказываются в расплаве во время разливки по формам. Такие включения присутствуют в любом сорте стали, но с точки зрения прочности готовой детали имеет значение их расположение. Для чугуна типичны графитовые включения.
Королек — этот дефект выглядит как круглый кусочек металла с гладкой блестящей поверхностью, который затвердел отдельно и не сплавился с материалом изделия. Корольки представляют собой брызги от струи расплава, появляющиеся при нарушении технологии заполнения литейной формы. Чаще всего их находят в чугунных изделиях. Корольки могут находиться на поверхности и внутри закрытой полости.
При неправильном заполнении формы некоторые капли из струи расплава отлетают и оказываются в отдаленных участках этой формы. Там корольки застывают, покрываются оксидом и не сплавляются с основной массой, потому что оксиды на их поверхности плавятся при большей температуре, чем металл.
Пятая категория дефектов – структурные несоответствия
Основные типы дефектов структуры — это отбел, половинчатость, ликвация и флокен.
Отбел — участки повышенной твердости в литых изделиях из серого чугуна. Механическая обработка отбелов (фрезерование, строгание и другое) затруднена, поскольку они состоят не из металла, а из частиц цемента.
Данный дефект получил свое название за характерный светлый оттенок, который ярко выделяется на фоне более темной поверхности серого чугуна.
Типичные места, где появляется отбел — участки изделий с небольшой толщиной и зоны вокруг кромок с острыми углами. Одна из причин образования дефекта — низкая доля углерода и кремния в чушковом металле. Еще одна возможноя причина — высокая доля веществ, выделяющих карбид.
Профилактика появления отбела в уязвимых участках изделий — модификация серого чугуна в ковше. С этой целью в состав сплава вводят ферросилиций, силикатный кальций, чистый графит. После добавления этих компонентов сплав нагревают до температуры ~1400*С.
Половинчатость (отсер) — участки со структурой серого чугуна в деталях из белого чугуна. Дефект возникает из-за местного выделения первичного графита в ходе остывания литых изделий. Графит выделяется в чугуне с большой массовой долей углерода и кремния.
Ликвация — это избирательная местная кристаллизация некоторых химических веществ в литом металлическом изделии в процессе его остывания.
Флокен — разорванный участок изделия из стали, образовавшийся под воздействием водорода в ее составе. Поверхность флокена гладкая и матовая, слегка выделяется на сером чугуне.