Как провести проверку литья на наличие раковин

Проверка литья на раковины является важным этапом в процессе контроля качества, который позволяет выявить дефекты, такие как раковины, трещины и другие повреждения, возникающие в результате производственных процессов. Эти недостатки могут значительно снизить прочность и долговечность изделий, что делает их недопустимыми для использования в ответственных конструкциях.

Для эффективной проверки литья используются различные методы, включая визуальный осмотр, ультразвуковую и рентгенографическую диагностику. Такие подходы позволяют не только обнаружить видимые дефекты, но и оценить внутреннюю структуру материала, что способствует повышению надежности и качества конечного продукта.

Дефекты отливок в литейном производстве

Среди основной массы доброкачественных отливок оказывается некоторое их количество с дефектами, образующимися из-за нарушения технологической дисциплины. Согласно ГОСТ 19200—80, различают дефекты отливок по несоответствию геометрии (недолив, перекос, разностенность, коробление и др.) или несплошности металла отливок (горячие трещины, холодные трещины, газовая пористость, усадочная раковина, усадочная пористость, песчаные раковины и др.), по несоответствию металла отливок требуемой структуре (отбел, ликвация и др.) и наличию включений (металлических, неметаллических и др.).

Дефекты делят на две группы — неисправимые и исправимые. Неисправимые дефекты (обычно крупные) исправить невозможно или невыгодно, поэтому отливку с такими дефектами считают негодной для использования (бракованной) и направляют на переплавку. Исправимые (обычно мелкие) дефекты устраняют с целью сделать отливку пригодной для дальнейшей обработки и использования. Как показал опыт работы многих литейных цехов, производящих фасонные отливки в разовых песчано-глинистых формах, наиболее распространенными дефектами отливок являются раковины и трещины (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Основные виды дефектов отливок: а — закрытые газовые раковины, б — раковины, образованные песчано-глинистой смесью, в — усадочные раковины, г — холодные трещины, д — горячие трещины

Основные виды дефектов отливок:

Газовые раковины

Газовые раковины (рис. 12.4, а) — пузыри воздуха или газов, которые остались в теле отливки после ее формирования в литейной форме. Они имеют чистую, гладкую поверхность и округлую форму, могут быть открытыми и закрытыми (внутренними), одиночными и в виде мелких пор. Газовые раковины образуются из-за недостаточной газопроницаемости и повышенной влажности формовочных смесей, чрезмерно плотной набивки смеси в форме, низкой температуры заливаемого в форму расплава, из-за использования ржавых жеребеек, а также неправильного выбора конструкции литниковой системы.

Песчаные раковины

Песчаные раковины (рис. 12.4,6) — чаще всего открытые, различной формы пустоты в теле отливки, частично или целиком заполненные формовочной смесью. Они образуются из-за разрушения или обвала отдельных частей формы при заливке в нее расплава, что является следствием неравномерной набивки смеси или недостаточного упрочнения выступающих частей формы, а также неправильного выбора конструкции литниковой системы.

Усадочные раковины

Усадочные раковины (рис. 12.4,в) — открытые или закрытые полости в теле отливки, имеющие неровную внутреннюю поверхность. Они обычно образуются во время формирования отливки в утолщенных ее местах и являются следствием нетехнологичности конструкции детали, в которой допущено сочетание массивных мест с тонкими стенками или имеются очень массивные узлы. Усадочные раковины могут также образовываться при неправильном подводе расплава в полость формы, вследствие недостаточного размера прибыли (см. рис. 12.4, в), из-за слишком высокой температуры расплава при заливке и по другим причинам.

Усадочные трещины

Усадочные трещины (рис. 12.4,г) — разрывы тела отливки, характеризующиеся небольшой шириной и значительной длиной, образующиеся в местах сочленения стенок с резким перепадом их толщин. Холодные трещины образуются в процессе формирования отливок в форме вследствие внутренних напряжений в металле; имеют светлую (неокисленную) поверхность. Основной причиной образования холодных трещин является неодинаковая скорость охлаждения толстых и тонких мест отливок, приводящая к резким перепадам температур и образованию внутренних напряжений в отливке.

Горячие трещины

Горячие трещины (рис. 12.4, д) — разрывы тела отливки со значительной шириной и небольшой протяженностью. Они образуются в процессе формирования отливки в форме при высоких температурах, а потому имеют темную окисленную поверхность. Причинами образования горячих трещин могут быть плохо выполненное раскисление расплава, недостаточная податливость стержней и выступающих частей формы во время формирования в ней отливки, а также ранняя выбивка отливок из формы.

Технический контроль качества отливок

1. Методы контроля качества в литейном производстве

В машиностроении применяется множество различных видов контроля, отличающихся по методу исполнения, месту располо­жения в производственном процессе, по степени охвата контро­лируемой продукции и другим признакам. Наибольший удель­ный вес по трудоемкости, стоимости и сложности составляет контроль качества, выполняемый службой технического контро­ля в процессе изготовления продукции.

Техническим контролем называется проверка соот­ветствия процессов, от которых зависит качество продукции, и их результатов установленным техническим требованиям. Объек­тами технического контроля являются технологические процес­сы, оборудование, а также свойства выпускаемых изделий.

Технический контроль в литейном производстве начинается на складах сырья, куда поступают исходные материалы для приготовления сплавов и изготовления форм. В плавильном от­делении контролируют химический состав, температуру и режи­мы приготовления сплавов. В смесеприготовительном отделении проверяют качество формовочных и стержневых смесей; в стерж­невом и формовочном отделениях — размеры форм и стержней, правильность их сборки и т. д. Комплексному контролю подвер­гают всю технологическую оснастку. Неоднократно и с использо­ванием различных методов контролируют свойства отливок в процессе их изготовления.

При выборе методов технического контроля отливок прежде всего учитывают требования, предъявляемые к их качеству. В машиностроении используют различные способы классифика­ции отливок в зависимости от требований к их качеству. Наибо­лее полная из них делит все отливки на пять групп кон­троля.

К первой группе относят отливки, поломка которых может привести к аварии, но не опасной для жизни человека. Такие отливки контролируют индивидуально, используя общие и спе­циальные методы контроля, позволяющие определить недопусти­мые отклонения размеров, массы, состава сплава, эксплуатаци­онных свойств, а Выявить дефекты, расположенные как на поверхности, Так и внутри отливки.

Ко второй группе относят отливки, поломка которых может привести к повреждению машины, но не создает опасности для жизни человека. В этом случае выявляют поверхностные и внут­ренние дефекты, контролируют размеры. Контроль химического состава сплава и механических свойств проводят от каждой плавки.

К третьей группе относят отливки, поломка которых требует их замены, но не приводит к повреждению машины. У таких от­ливок выявляют наружные дефекты и недопустимые отклонения размеров, а также проверяют химический состав сплава от каж­дой плавки. Механические свойства контролируют выборочно.

К четвертой группе относят отливки, при поломке которых машина еще может работать. В этом случае контролируют раз­меры и выявляют явные дефекты. Контроль состава сплава ве­дут выборочно от сменной (суточной) партии плавок.

К пятой группе относят отливки, поломка которых ухудшает внешний вид машины. Отливки этой группы контролируют по внешнему виду и выборочно определяют размеры. Состав спла­ва проверяют раз в сутки.

Группу контроля отливки назначает конструктор машины, а конкретные требования, предъявляемые к свойствам отливки, указаны в технических условиях (ТУ) на ее изготовление.

Основными документами, регламентирующими про­ведение контроля, являются операционная карта техничес­кого контроля, ведомость операций технического контроля, технологический паспорт, карта измерений и журнал контроля тех­нологического процесса.

Руководствуясь перечисленными документами, а также стандартами и внутризаводскими инструкциями на выполнение тех или иных операций контроля, определяют соответствие свойств отливки заданным в ТУ.

Независимо от состава сплава и способа литья все дефект ы можно разделить на четыре группы:

дефекты типа нарушения сплошности отливки (трещины, ра­ковины и пористость любого происхождения, вскипы, неметал­лические включения и т. д.);

дефекты поверхности отливки (пригар любого происхожде­ния, ужимины, наплывы и т. д.);

дефекты геометрии отливки, т. е. любые несоответствия ее фактических размеров заданным на чертеже;

несоответствие химического состава и структуры сплава, механических и других эксплуатационных свойств отливки, за­данным в ТУ.

Для обнаружения дефектов, относящихся к той или иной группе, служба технического контроля литейных цехов распола­гает специальными методами контроля.

Контроль отливок нагружением предполагает применение нагрузок, превышающих эксплуатационные, но меньших, чем разрушающие. Этот вид контроля широко приме­няют для проверки качества силовых пневматических и гидрав­лических цилиндров, газовых баллонов, литых деталей подъем­но-транспортных устройств и т. д. Контроль нагружением не при­водит к разрушению годных отливок, однако в ряде случаев способен вызвать ухудшение их эксплуатационных свойств.

В ходе разрушающих испытаний отливки подвер­гают действию нагрузок, вызывающих их разрушение, или раз­резают с целью получения информации о свойствах внутренних слоев отливки. К наиболее часто применяемым методам разру­шающих испытаний отливок относят контроль химического со­става, структуры и механических свойств.

В результате разру­шающего контроля удается непосредственно определить дефек­ты и объективно оценить эксплуатационные свойства литых де­талей. Однако отливки, подвергнутые разрушающему контролю, не могут использоваться по назначению. По этой причине разру­шающий контроль может быть только выборочным, т. е. таким, когда свойства всей партии готовых отливок оценивают по результатам испытаний небольшого числа отливок. При таком подходе возможны лишь вероятностные оценки свойств отливок, не подвергавшихся испытаниям.

Особое место среди основных методов технического контроля занимает неразрушающий контроль. Не оказывая от­рицательного влияния на свойства отливок, он позволяет органи­зовать многократную сплошную проверку отливок различными методами, обеспечивая тем самым высокую степень надежности и достоверности результатов контроля.

2. Общая характеристика неразрушающих методов контроля

К методам неразрушающего контроля (МНК) относят мето­ды, в которых для получения информации о контролируемых ма­териалах и изделиях используют электромагнитные и акустиче­ские поля, а также проникающие в тело изделия вещества.

В зависимости от характера физических явлений, положенных в основу МНК, их подразделяют (ГОСТ 18353—79) на 9 основ­ных видов: магнитный, электрический, вихретоковый, радиовол­новой, тепловой, оптический, радиационный, акустической, прони­кающими веществами. При контроле отливок широко применяют акустический, радиационный, магнитный, вихретоковый и кон­троль проникающими веществами, который, в свою очередь, под­разделяют на капиллярный и контроль течеисканием.

Возможность эффективного применения МНК во многом за­висит от степени их совершенства, которая определяется общим состоянием науки и техники. Бурное развитие электроники, при­боростроения и вычислительной техники создает предпосылки для непрерывного совершенствования средств неразрушающего контроля и разработки новых методов. Современные темпы раз­вития МНК таковы, что нередко моральный износ аппаратуры наступает намного раньше физического.

Характерная особенность большинства МНК заключается в том, что при их использовании дефекты выявляют косвенным путем в результате исследования определенных физических свойств сплава, которые не влияют на эксплуатационные свойст­ва изделий. Например, при радиационном контроле, дефекты ти­па нарушения сплошности определяют, оценивая интенсивность ионизирующего излучения, прошедшего через отливку.

Наряду с выявлением дефекта необходимо также оценить степень его влияния на надежность и долговечность изделия. Такую информацию получают прямыми испытаниями, которые обычно являются разрушающими. По этой причине МНК эффек­тивны лишь в том случае, если проведением специально постав­ленных предварительных исследований была установлена ста­тистически значимая связь между эксплуатационными свойства­ми изделий и результатами неразрушающего контроля.

Рекомендации по выбору МНК

Тип дефекта		МНК
		Акустический	Капиллярный	Магнитный	Радиационный	Течеисканием	Вихретоковый
Нарушение сплошности отливок	Поверхностные	+	+	+	—	—	+
	Подповерхност­ные	+	—	+	—	—	+
	Внутренние	+	—	—	—	—	—
	Сквозные	+	+	—	—	+	—
Несоответствие ТУ	Химического состава	—	—	+	—	—	+
	Структуры	+	—	+	—	—	+
	Физико-механических свойств	+	—	+	—	—	+
Дефекты поверхности отливки		—	—	—	—	—	—
Дефекты геометрии отливки		+	—	—	+	—	—

Отмеченные особенности МНК нередко вызывают затрудне­ния при расшифровке результатов контроля. По этой причине технический персонал, занятый применением МНК, должен об­ладать высоким уровнем подготовки как в области МНК, так и в вопросах технологии изготовления контролируемого изделия.

Важным моментом, определяющим эффективность контроля, является и обоснованный выбор МНК (таблица). Из таблицы следует, что ни один из известных МНК не является универсаль­ным, однако в большинстве случаев выявление дефекта можно осуществить несколькими методами.

Наряду с подробными характеристиками дефектов при выбо­ре оптимального МНК необходимо учитывать физические свой­ства сплава, конструкцию отливки, состояние ее поверхности, ТУ на литую деталь, технико-экономические показатели МНК, а также другие факторы.

Обоснованный выбор МНК — обязательное, но еще недоста­точное условие их эффективного применения. Опыт, накоплен­ный в промышленности, показывает, что необходимая эффектив­ность контроля может быть обеспечена при правильной органи­зации работ по контролю, наличии исправной аппаратуры и качественных дефектоскопических материалов.

Несмотря на определенные технические и организационные трудности, область применения МНК в литейном производстве непрерывно расширяется. Высокая чувствительность и надеж­ность современных МНК позволяет выявлять дефекты литых де­талей на ранней стадии их изготовления, способствуя повыше­нию качества продукции при одновременном сокращении трудо­вых затрат.

Неразрушающие методы контроля отливок

Внутренние дефекты определяют разрезанием отливок, что приводит к ее разрушению, или специальными неразрушающими методами контроля.

К таким методам относят:

• магнитную дефектоскопию,
• люминесцентный контроль,
• цветную дефектоскопию.

Эти три метода являются эффективными при обнаружении поверхностных трещин в отливках. Соответственно внутренние дефекты (раковины, поры), т. е. несплошность металла, определяют рентгено- и гамма-дефектоскопией, ультразвуком.

При магнитной дефектоскопии стальную или чугунную отливку намагничивают сильным магнитом. После этого отливку помещают в бак со смесью керосина и трансформаторного масла, в которую примешан порошок окиси железа или окалины. Иногда рабочую смесь наносят на поверхность отливки кистью.

Магнитный порошок равномерно распределяется по поверхности отливки, если на ней нет трещин, или скапливается по границам трещин. Скопление магнитного порошка на трещине происходит за счет искажения магнитных силовых линий в этом месте. Таким способом определяют трещины шириной до 5 мкм (0,005 мм). Недостатком способа является невозможность контроля отливки из немагнитных сплавов.

Люминесцентная дефектоскопия позволяет контролировать детали из любых сплавов. Деталь погружают на некоторое время в раствор, состоящий из керосина, бензина и минерального масла, к которому добавлено флуоресцирующее вещество. Деталь извлекают из раствора, протирают, просушивают, после чего облучают в специальной установке. Источником ультрафиолетового излучения служит ртутно-кварцевая лампа. Если в детали имеется поверхностная трещина, то капиллярные силы удерживают в ней раствор, который светится голубоватым или зеленоватым цветом.

Цветная дефектоскопия — простой и надежный метод обнаружения поверхностных трещин. При этом способе контроля готовят раствор из керосина, трансформаторного масла и скип@$ применение гамма-дефектоскопии позволяет контролировать стальные отливки толщиной 200—300 мм, но этот метод менее чувствителен к обнаружению мелких дефектов в отливке. Прошедшее через отливку излучение попадает на фотопленку, засвечивая ее. Если в отливке есть трещина или раковина, то излучение меньше поглощается в этом месте отливки и, следовательно, сильнее засвечивает пленку, создавая на ней черное пятно, свидетельствующее о внутреннем дефекте.

Ультразвук применяют для контроля простых по конфигурации отливок ответственного назначения.