Раковина и пора — это два различных элемента, встречающиеся в организмах живых существ, но их функции и структура значительно отличаются. Раковина обычно представляет собой защитное покрытие, образующееся у моллюсков и некоторых других морских организмов, которые используют её для защиты мягких тканей от хищников и внешней среды. Она состоит из кальцита или аргонита и может иметь различные формы и окраску.
Пора, с другой стороны, является мелким отверстием на поверхности тканей растений или животных, которое служит для обмена веществ, таких как газ и вода. Поры обеспечивают проникновение углекислого газа в листья растений и выход кислорода, играя ключевую роль в фотосинтезе. В отличие от раковины, поры не имеют защитной функции в том же смысле, а скорее способствуют обмену веществ между организмом и окружающей средой.
Классификация дефектов
Дефекты сварных швов и соединений, выполненных сваркой плавлением, возникают из-за нарушения требований нормативных документов к подготовке, сборке и сварке соединяемых узлов, механической и термической обработке сварных швов и самой конструкции, к сварочным материалам.
Дефекты сварных соединений могут классифицироваться по различным признакам: форме, размеру, размещению в сварном шве, причинам образования, степени опасности и т. д. Наиболее известной является классификация дефектов, рекомендованная межгосударственным стандартом ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначения и определения». Согласно этому стандарту дефекты сварных соединений подразделяются на шесть групп:
2. полости, поры, свищи, усадочные раковины, кратеры;
3. твердые включения;
4. несплавления и непровары;
5. нарушения формы шва — подрезы, усадочные канавки, превышения выпуклости, превышения проплава, наплавы, смещения, натеки, прожоги и др.;
6. прочие дефекты.
Каждому типу дефекта соответствует цифровое обозначение, а Возможно буквенное обозначение, рекомендованное международным институтом сварки (МИС).
Трещины
1. По ГОСТ 30242-97 трещиной называется несплошность, вызванная местным разрывом шва или околошовной зоны, который может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.
В зависимости от ориентации ,трещины делятся на:
-продольные (ориентированные параллельно оси сварного шва) — цифровое обозначение 101, буквенное обозначение Ea;
-поперечные (ориентированные поперек оси сварного шва) — 102, Eb;
-радиальные (радиально расходящиеся из одной точки) — 103, E.
Они могут быть расположены в металле сварного шва, в зоне термического влияния.
Выделяют следующие виды трещин:
-размещенные в кратере сварного шва — 104, Ec;
-групповые раздельные — 105, E;
-групповые разветвленные — 106, E;
-микротрещины (1001), обнаруживаемые физическими методами не менее чем при 50-тикратном увеличении.
Полости, поры, свищи, усадочные раковины, кратеры
2. Газовая полость (по ГОСТ 30242-97) — это полость произвольной формы, не имеющая углов, образованная газами, задержанными в расплавленном металле. Порой (газовой порой, 2011) называется газовая полость обычно сферической формы. Буквенное обозначение газовой поры, используемое МИС, — Aa. Поры могут подразделяться на:
-равномерно распределенные по сварному шву — 2012;
-расположенные скоплением — 2013;
-расположенные цепочкой — 2014.
К продолговатым полостям (2015, Ab) относятся несплошности, вытянутые вдоль оси сварного шва. Свищи (2016, Ab) — продолговатые трубчатые полости, вызванные выделением газа.
К полостям также относятся усадочные раковины (202, R) и кратеры (2024, K). Усадочная раковина (по ГОСТ 30242-97) — это полость, которая образуется вследствие усадки при затвердевании. Кратером называется незаваренная усадочная раковина в конце валика сварного шва неметаллического происхождения, оставшиеся в металле сварного шва.
Остроугольными включениями называются включения
Усадочные раковины и поры в отливках
Все этапы охлаждения, т. е. понижения температуры жидкого сплава, процесс его кристаллизации и последующее охлаждение твердого сплава сопровождается уменьшением объема этого сплава или, как это принято называть, его усадкой (с увеличением объема могут протекать вторичные фазовые превращения в твердом сплаве).
Усадка сплава является причиной многих дефектов в отливках ,поэтому служит предметом специального изучения.
Усадка жидкого и кристаллизующегося сплава обусловливает образование в отливках незаполненных металлом полостей (усадочных раковин и пор). Уменьшение объема жидкого и кристаллизующегося сплава принято характеризовать коэффициентом ем объемного сжатия (объемной усадки).
Усадка твердого сплава или сплава, находящегося в твердожидком состоянии, но уже получившего и сохраняющего определенные геометрические очертания, является причиной развития внутренних напряжений в отливке и образования в ней трещин. Усадку такого сплава принято характеризовать коэффициентом Еv линейного сжатия (линейной усадки). усадка литейный сплав отливка
Усадочные раковины
Формирование отливки начинается с возникновения ее внешних контуров. Поверхностная твердая корка, образующая эти контуры, может представлять собой слой Xii, если он сохранился после стадии II процесса охлаждения, или слой новых кристаллов, затвердевших у поверхности формы в начале стадии III.
При открытой верхней поверхности отливки или слитка образование верхней твердой корки происходит в результате отвода теплоты в атмосферу. До появления твердой корки на отливке усадка проявляется в виде понижения уровня жидкого сплава в литейной форме. После образования и возникновения контура отливки размеры этого контура должны уменьшаться вследствие понижения его температуры. Жидкость, заключенная в контурной оболочке, претерпевает значительно большую усадку, так как она сначала должна отдать теплоту перегрева, затем закристаллизоваться и лишь, потом остыть до температуры окружающей среды.
После полного охлаждения отливки объем жидкости, заключенный в первоначальной твердой оболочке, уменьшится больше, чем объем, ограниченный внешними контурами всей отливки. Внутри, отливки окажутся усадочные полости, не заполненные металлом.
Различают два вида усадочных полостей: усадочные раковины, представляющие собой относительно большие по размеру пространства, расположенные в тепловых центрах отливки, и усадочные поры — мелкие иногда не видимые невооруженным глазом пустоты, находящиеся на границах соприкосновения двух или нескольких кристаллов.
Механизм образования одной сосредоточенной усадочной раковины легко представить себе из рассмотрения рис. 3, на котором дана схематичная картина условий затвердевания слитка, имеющего квадратное, круглое или другое геометрически правильное сечение.
В начале затвердевания образуется контурная корка 1 (рис. 4, а). В связи с тем, что объем возникшей твердой фазы меньше объема жидкости, затраченной на образование корки, уровень жидкости внутри слитка понижается до горизонтали 1. В следующий период времени затвердевает слой II, причем усадка, происходящая при кристаллизации, компенсируется понижением зеркала жидкости до уровня 2. В дальнейшем при затвердевании слоев уровень жидкости понижается соответственно до горизонталей 3 и 4.
В результате постепенного снижения уровня жидкости и одновременного утолщения корки, ограничивающей объем этой жидкости, в верхней части отливки развивается усадочная раковина, которая, например, при литье цилиндрического слитка имеет форму близкую к конической. Схематический вид этой раковины показан на рис.
4, б. Правильная форма раковины может искажаться при изменении скоростей отвода теплоты через донную, боковые и верхнюю поверхности отливки. Образующая конуса становится при этом линией сложной кривизны. Иногда в процессе развития нижняя часть раковины затвердевает. Впоследствии под ней образуется вторая раковина.
Рис. 4 Образование усадочной раковины в отливке
Отметим, что рассмотренная схема развития конической раковины наиболее полно характеризует затвердевание чистого металла или эвтектического сплава, не имеющих температурного интервала кристаллизации. Изменения, которые вносит в схему наличие у заливаемого сплава интервала кристаллизации, будут рассмотрены ниже.
Фасонные отливки отличаются от слитков возможностью развития в них не одной а нескольких усадочных раковин. Действительно, в том случае, иногда отливка состоит из нескольких массивных частей, соединенных между собой сравнительно тонкими стенками, эти стенки, успеют затвердеть раньше, чем произойдет кристаллизация в массивных частях, и для каждой отдельной массивной части окажется справедливой та схема, которая была рассмотрена применительно к слитку. Внутри каждой массивной части окажется своя собственная усадочная раковина. Пример фасонной отливки, в которой должны образоваться две усадочных раковины, дан на рис. 5.
Естественно, что отливка с усадочной раковиной в сечении в большинстве случаев непригодна к употреблению, так как её прочность и некоторые другие служебные качества (например, герметичность) резко снижаются. Поэтому при изготовлении отливок стремятся вывести усадочную раковину в специальный дополнительный объем, который добавляют к рабочему телу отливки, изменяя, таким образом, ее конфигурацию. Этот объем, называемый прибылью, затем отрезают. На рис. 6,а дана простейшая цилиндрическая отливка (слиток) с прибылью, на рис. 6,б — фасонная отливка с двумя прибылями
Рис. 5 Отливка с двумя усадочными раковинами
Рис. 6 отливки: а- с одной прибылью, б — с двумя прибылями
Усадочная раковина располагается во внутренней части прибыли, занимая лишь часть ее объема, поэтому для устройства прибылей на отливках необходимо затратить дополнительное количество жидкого сплава. Отрезанные прибыли затем переплавляют, что помимо дополнительных денежных затрат приводит к ухудшению качества шихтовых материалов. Последнее обстоятельство требует пояснения.
Прибыль должна быть сконструирована таким образом, чтобы жидкий сплав сохранялся в ней более продолжительное время, чем требуется на затвердевание рабочей части отливки, так как только при соблюдении этого условия жидкость из прибыли сможет впитаться в продолжающую кристаллизоваться двухфазную область основного тела отливки и компенсировать происходящую там усадку. В соответствии с принятой в литейных цехах терминологией говорят, что прибыль должна обеспечивать питание сплава, затвердевающего в отливке. Вследствие того, что сплав находится в прибыли в жидком состоянии продолжительное время, активные примеси в нем могут дезактивироваться и кристаллическая структура сплава в прибыли окажется крупнозернистой. При переплавке прибылей через непродолжительное время после их отрезки новые отливки могут наследовать эту неблагоприятную структуру.
Таким образом, экономические и технические соображения заставляют стремиться к уменьшению числа и размеров прибылей.
Число прибылей на фасонной отливке можно уменьшить, если воспрепятствовать затвердеванию тонких стенок между массивными частями отливки или ускорить кристаллизацию одной из этих частей с тем, чтобы она затвердевала первой и питалась (т. е. получала жидкий сплав для компенсации усадки) от тонкой стенки, а затем затвердевала тонкая стенка, питаясь от второй массивной части, и лишь потом происходила бы кристаллизация в этой второй массивной части. При таком порядке затвердевания можно поставить прибыль только у второй массивной части, затвердевающей последней, и вывести в эту прибыль усадочную раковину. Нужной последовательности затвердевания различных частей отливки можно достигнуть разными путями: правильным выбором места подвода горячего жидкого металла к полости формы, простановкой холодильников, т. е. металлических вставок, которые на отдельных участках поверхности формы заменяют формовочную смесь, правильным выбором толщины этих холодильников и т.д. Технологические приемы, обеспечивающие затвердевание отдельных частей отливки в заданной последовательности, рассматривают в курсе «Теория и технология литейной формы».
Следует стремиться к последовательному затвердеванию сплава от одного из ее краев в направлении к прибыли или, если это необходимо, к нескольким прибылям, число которых должно быть минимальным. Направленное затвердевание отливки целесообразно осуществлять снизу вверх, так как кроме капиллярных сил, вызывающих впитывание жидкости из прибыли в затвердевающую отливку, этому впитыванию будет содействовать сила тяжести сплава.
Целесообразно не только уменьшение числа, но и размеров прибылей. При определенной величине усадочной раковины это равнозначно увеличению относительного объема, занимаемого раковиной внутри прибыли, и уменьшению количества металла, поступающего затем на переплав.
Размеры прибылей можно уменьшить за счет выбора их оптимальной конфигурации, в частности, прибылям часто придают форму усеченного конуса, обращенного большим основанием кверху. Относительный объем. раковины в прибыли (т. е. отношение объема раковины к объему прибыли увеличивается при уменьшении толщины затвердевших стенок прибыли, отделяющих раковину от формы.
Это обуславливает целесообразность мер, направленных к тому, чтобы отвод теплоты от стенок прибыли к форме был минимальным. В практике применяют подогрев части формы, образующей прибыли, в частности, эту часть формы делают иногда из так называемых экзотермических формовочных смесей, содержащих вещества, которые при высоких температурах способны химически реагировать между собой и выделять при этом дополнительное количество теплоты. Часто на практике в прибыль дополнительно заливают жидкий сплав (через некоторое время после заполнения формы). Дополнительную заливку производят в момент, когда корка на верхней поверхности прибыли еще тонка или ее вообще нет и уровень жидкого сплава в прибыли вследствие усадки уже понизился. Дополнительная заливка повышает температуру сплава, находящегося в прибыли.
Для улучшения условий проникновения жидкого сплава из прибыли к местам кристаллизации иногда к зеркалу сплава в прибыли прикладывают внешнее давление, об этом подробнее будет сказано ниже.
Усадочные поры
Условия питания кристаллизующегося сплава усложняются, если он затвердевает в интервале температур. Жидкость, компенсирующая укладку, должна доставляться в этом случае не к фронту кристаллизации, а к местам кристаллизации в глубине двухфазной зоны. Жидкий сплав в эту зону проникает, как было показано, под действием капиллярного давления.
Жидкий сплав внутрь двухфазной области перемещается весьма интенсивно, до тех пор, пока эта область, имеющая капиллярно-пористое строение, соприкасается с обособленной зоной жидкого сплава в центре отливки. Выше было установлено, что интенсивное циркуляционное движение жидкого сплава внутри двухфазной зоны сильно замедляется после конца стадии процесса затвердевания. Это замедление касается внутренней зоны не полностью затвердевших кристаллов.
Таким образом, до конца стадии затвердевания и формирования структурной зоны (при литье однофазных твердых растворов — области столбчатых кристаллов) питание сплава протекает обычным путем. Уровень жидкости во внутренней части отливки постепенно снижается, образуя усадочную раковину, а сплав, компенсирующий усадку, доставляется к поверхностям растущих кристаллов под действием капиллярных сил. Жидкость, обогащенная ликватами и возвращающаяся в центр отливки, не может уменьшить усадочной раковины, так как часть жидкости, проникшая в двухфазную область, израсходована на восполнение объема сплава, подвергшегося усадке при кристаллизации.
Контакт с обособленной зоной подвижной жидкости, имеющей постоянный средний состав, теперь отсутствует, так как эта зона в стадии процесса охлаждения отливки исчезает. Сохраняющееся замедленное движение жидкости объясняется тем, что в двухфазной области продолжают существовать каналы, расширяющиеся к центру отливки, и жидкость, содержащая много ликватов и плохо смачивающая твердые кристаллы, вытесняется жидкостью, содержащей несколько меньшее количество ликвирующих элементов.
В период формирования структурной зоны (зоны равноосных кристаллов) усадочная раковина практически развиваться не может, так как уровень жидкости должен теперь снижаться между зернами твердой фазы, начавшей расти у границ усадочной раковины в момент конца стадии затвердевания и начала стадии процесса охлаждения.
Естественно, что в этих очень изменившихся условиях питание кристаллов оказывается недостаточным, и сплав в третьей структурной области оказывается пористым.
Таким образом, при литье сплавов, затвердевающих в интервале температур, в отливке одновременно образуются и усадочные раковины, усадочные поры. Распределение общего объема усадочных полостей между раковинами и порами можно рассчитать по соотношению объемов плотного и пористого металлов. Это соотношение, зависит от эффективной величины интервала кристаллизации сплава и интенсивности охлаждения отливки. На рис. 7 дан график, характеризующий относительные объемы усадочных раковин и усадочных пор, выраженные в долях общего объема усадочных полостей, которые образуются в бинарных алюминиево-медных сплавах разного состава.
Рис.7 Распределение объема усадочных полостей между усадочными раковинами и усадочными порами: 1 — при повышенной интенсивности охлаждения; 2 — при пониженной интенсивности охлаждения; 3 — общий объем усадочных полостей (раковин и пор)
Усадочная пористость, развивающаяся в центральной структурной зоне отливок, является причиной их не герметичности.
Впервые недостаточная плотность сплавов, кристаллизующихся з широком интервале температур, была отмечена А. Портевеном и П. Бастиеном. Позднее академик А. А. Бочвар и его сотрудники подтвердили это наблюдение. Академику А. А. Бочвару принадлежит заслуга выявления взаимосвязей между составом сплава и его положением на диаграмме состояния, с одной стороны, и различными свойствами этого сплава, — с другой (жидкотекучесть, склонность к транскристаллизации, герметичность, склонность к прямой и обратной ликвации и др.).
Герметичность сплавов изучали следующим образом.: Из отдельных сплавов; относящихся к бинарной системе Аl — Сu, отливали плоские пластины толщиной 30 мм. Во всех случаях перед заливкой сплав перегревали на одинаковое число градусов над температурой ликвидуса. Все отливки охлаждали в идентичных условиях. После охлаждения к одной из сторон пластины подводили керосин под давлением 50 ат. Визуальным наблюдением за противоположной стороной пластины устанавливали, протекает или не протекает керосин сквозь отливку.
Если керосин не протекал, на токарном станке с обеих сторон пластины снимали слой толщиной 1 мм и опыт с керосином повторяли. Снятие слоев с обеих сторон пластины и пробу на герметичность повторяли до тех пор, пока на открытой стороне отливки не появлялись мелкие капли керосина (отпотевание). Опыты, в которых обнаруживали течь керосина в виде струи, отбрасывались, так как это указывало на наличие трещин в сплаве. Полученные при экспериментах результаты иллюстрирует рис. 8.
По оси ординат отложена герметичность, которую считали тем выше; чем больше было снято слоев с отливки до обнаружения течи и чем тоньше оказывалась оставшаяся после механической обработки пластина. Был сделан вывод о высокой герметичности чистых металлов и эвтектических сплавов и о низкой герметичности сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур.
Рис. 8 Герметичность отливок, изготовленных из алюминиево-медных сплавов
Поры и раковины в металле ювелирного изделия
Всем привет! На связи Александр Степанов. Сегодня хотелось бы поговорить на такую противную для всех начинающих ювелиров тему, как поры в металле, будь то золото или серебро. Я тоже много понервничал и позлился в процессе обучения из-за данной проблемы.
Возможные причины появления раковин и пор
Приходишь в мастерскую с предвкушением предстоящей работы, льёшь металл в опоку, разбираешь её и хорошо если поры и раковины в металле обнаруживаются на данном этапе, ведь их сразу можно подпаять, обработать и продолжить дальше. Но бывает так, что вроде всё чётенько, никаких пор, казалось бы нет.
Мелкие поры в золотом сплаве
Принимаешься за подгонку размера, кольца например, потом вставляешь камни, обрабатываешь все шероховатости наждачной бумагой и вот вроде осталось самое приятное — это финишная полировка и чистка готового изделия.
Однако, в процессе финишной полировки, вылазят мелкие поры в металле, как-будто кто-то мелкой солью посыпал или того ещё хуже бывает, что обнаруживается скрытая внутренняя полость в металле и при обработке она просто проваливается и образуется раковина.
Тут конечно настроение портится, ведь столько работы уже проделано и что теперь делать, так оставить это дело нельзя и в таком виде не отдашь кольцо клиенту. Хотя мне попадались такие ювелиры, которые отдавали прямо так, объясняли это тем, что ведь это ручная работа, тем более вы нам принесли лом разных изделий и при смешивании сплав металла становится не устойчивым и появляются поры.
Я так, скажу честно, не могу, хоть убей меня, я лучше ещё сто раз перезалью металл, испорчу кучу опок, потрачу силы и время, но отдавая буду спокоен. Ведь нам ювелирам, только и надо увидеть довольное, восхищённое лицо человека, который доверился.
Решение проблемы пор и раковин в ювелирных отливках
Итак, что же с этой проблемой делать. По-своему опыту могу сказать, что поры у меня часто появлялись, когда я сильно долго, по какой-то причине грел металл перед заливкой. Ну например, греешь его, раз горелка потухла, пока поджёг сплав уже чуть остыл.
Начинаешь опять, потом вроде всё хорошо, забыл картошку обрезать. Ну бывает так, конечно сейчас найдутся люди, которые скажут, что я рукожопый и мне нельзя заниматься ювелирным делом. Но я говорю как было у меня.
Раковины в ювелирных отливках
Также, мною было замечено, что если заливать один и тот же металл несколько раз подряд, то вероятность образования пор и скрытых полостей возрастает. Объяснить это не могу, так как не разбираюсь в драгоценных сплавах на молекулярном уровне.
Могу сказать, что получается идеально, когда вы кладёте абсолютно чистый лом в китайскую или самодельную опоку, греете, как только начинает плыть, добавляете немного буры и плавите до жидкого состояния и сразу давите картошкой или свеклой, ну или глиной, но честно глиной у меня никогда не получается.
Вот для меня это идеальная схема литья, при которой в 90% случаях металл не содержит пор вообще никаких. Хочу заметить, что говорю в основном о золотом сплаве, с серебром я перестал работать из-за того, что металл дешевый и люди не готовы платить за работу такие деньги, хотя работа что с золотом, что с серебром выполняется одна и та же. К тому же бывало люди вообще не приходили за своими серебряными заказами, а с золотом этого не происходит, люди его ценят и платят за работу исправно.
Родирование и позолочение не решит проблему пор и раковин
Помню когда у меня в очередной раз проявились мелкие поры при финишной полировке, я подумал вот бы чем-то их залить аккуратненько, отполировать и было бы хорошо и конечно мой взор устремился к родированию металла.
Я предположил, что если покрыть толстым слоем родия или позолотить, то поры закроются. Не долго думая я купил аппарат для родирования карандашом, к нему приобрел электролит с родием и принялся заливать поры родием.
Глубокие раковины в золотом кольце
И что вы думаете, нифига они не заливаются, как были поры так и остались. Я часами сидел и елозил карандашом в надежде, но результат оставался прежним, к тому же если полировать сверху родий, то он очень быстро стирается и поры опять видны. Конечно, может в промышленных условиях и можно как-то нанести большой слой, но мы ведь говорим о ювелирном деле в условиях обычной мастерской.
Припой как вариант
В итоге остался один вариант — это паять места с порами припоем. И тут началось, получается у вас в кольце стоят камни, уже почти достигнут идеальный глянец и надо паять, а греть опять металл означает его потемнение, камни конечно надо вытаскивать, а крапаны вы уже обработали, подточили их — это говорит о том, что при повторной закрепке вставок, крапаны будут их держать уже не так надёжно, как в первый раз.
Также есть ещё такой момент, что припой может отличаться по цвету от сплава кольца и когда вы его отполируете это будет хорошо заметно. В общем такая это мерзкая проблема.Если же всё-таки решились паять место с порами и раковинами, то как следует надо зачистить его, я беру вообще мелкое сверло и им обрабатываю раковину перед пайкой. Бывало так, что поры были мелкие и не глубокие.
Их я убирал наждачкой мелкой, обрабатывал до тех пор пока не будет идеально. Однако, надо понимать когда остановиться, ведь у вас в руках драгоценный металл человека, сделавшего заказ и вам надо будет отчитаться за расход, либо брать излишние потери металла на себя.
Также при стачивании металла в области пор может нарушиться симметрия изделия, поэтому злоупотреблять данным методом нельзя. Больше инновационных каких-то методов я пока не изобрёл.
Ищите проблему в сплаве, в температурах при заливке металла, как опоки так и самого золота или серебра. Не забывайте про чистоту металла. Давайте подведём итог и сделаем выводы. Причиной появления раковин и пор в ювелирных отливках могут быть:
— перегрев или недогрев металла (рекомендую попробовать температуру 990 — 1075 градусов);
— перегрев или недогрев опоки (рекомендую попробовать температуру 550 — 700 градусов);
— грязь в исходном сплаве;
— лигатура, применяемая при создании сплава различных проб;
— рыхлая структура формомассы в опоке;
— литьё одного металла подряд несколько раз;
— неправильная сборка «ёлки», плохо пропаянные подходы к изделиям, которые должны быть гладкими со всех сторон.
Только проводя эксперименты и делая выводы можно добиться идеальной структуры сплава в ювелирных изделиях. На этом буду заканчивать, пишите в комментариях, что вы думаете по данному вопросу, может есть какие-то способы удалить поры на полированном изделии, расскажите, мне и другим читателям будет интересно и полезно.