Дефекты литья стали

Дефекты литья

Технология получения изделий из металла литьем известна человечеству более четырех тысячелетий. Металлические предметы — оружие, инструменты, украшения, утварь — составляли существенную часть рукотворного окружения человека.

И с первых же отливок мастеров-металлургов начали преследовать дефекты литья. В древности способы борьбы с дефектами при литье находили интуитивно. Современная металлургия применят для этого научный подход.

Классификация дефектов отливок

В современной металлургии существует несколько классификаций брака при литье.

В зависимости от степени изменения и возможности исправления виды дефектов подразделяют на:

• Условный брак. Отливка имеет недостатки, которые не ухудшают ее рабочие качества. Отливка идет в дальнейшую обработку
• Исправимый брак. Дефекты существенны, но поддаются коррекции тем или иным производственным способом. Например, наплавкой. После исправления брака литья деталь также идет в дальнейшую обработку.
• Окончательный брак. Ремонту не подлежит, поскольку это невыполнимо или очень дорого.

Дефекты литья также делятся по месту их обнаружения. Брак при литье, обнаруженный внутри участка называют внутренним.

Внутренний брак литья

Если же дефект обнаружен при дальнейшей обработке — это внешний брак.
По внешнему проявлению различают следующие основные виды дефектов отливок:

Пригар

Это слой формовочных материалов, спекшихся с металлом, прочно присоединенный к поверхности отливки.

Приливы

Это увеличение размеров отливок, не предусмотренное проектом. Разделяются на

• Заливы.- Возникают по линии стыковки частей формы. Возникают из-за несоблюдения размеров моделей и некачественным соединением частей опок
• Подутость, или распор — получаются из-за давления расплава на рыхлую смесь.
• Нарост возникает вследствие размыва формы потоком расплава при заливке.
• Просечки (гребешки, заусенцы) возникают из-за попадания расплава в повреждения формы или стержня.

Дефекты поверхности

Дефекты при литье часто проявляется в виде пороков поверхности. Сюда относятся

Внешние дефекты литья

• Засоры. Массы зерен земли или шлаков. Вызваны ошибками в проектировании форм, непродуманным расположением литников, несоблюдением технологии складирования и перевозки опок.
• Ужимины возникают при сырой формовке, когда слой земли разрывается в месте конденсации жидкости и в образовавшуюся пустоту затекает расплав.
• Спаи, или неслитины, возникают в зоне контакта слоев охладившегося расплава. Из-за недостаточной температуры эти потоки не могут правильно сплавиться.
• Плены возникают при окислении легирующих добавок.
• Морщинистость, или складчатость, заключается в появлении на поверхности разнонаправленных складок из-за скопления значительных объемов углерода.
• Выпот выглядит как большое количество лопнувших пузырьков и вызывается взрывообразным выделением скоплений графита
• Корольки — дефекты, вызванные разбрызгиванием расплава во время заливки. Шарик металла кристаллизуется и не сплавляется с отливкой.
• Коробление отливки возникает вследствие внутренних напряжений из-за неравномерного остывания

Трещины

Еще один часто встречающийся порок литья — это трещины. Они бывают:

Трещины — деффект литья

• Горячие. Возникают при температуре кристаллизации из-за усадочных напряжений. Приобретают неровный вид.
• Холодные. Возникают при более низких температурах, имеют ровный, прямой профиль.
• Межкристаллические. Свойственны легированным сталям в зонах неметаллических включений.

Газовые дефекты

• Ситовидная пористость — это множество мелких пузырьков в теле детали
• Газовые раковины – каверны большего размера, возникшие из-за выхода и объединения мелких пузырьков.

Изменение структуры металла

Встречается при отливке чугуна, на поверхности детали формируется тонкое включение чугуна другого вида.

Внутренние дефекты

Усадочные пороки возникают ввиду сжатия металла при смене им фазового состояния с жидкого на твердое.

Причины возникновения дефектов

Основные причины возникновения брака при литье

• Несоблюдение технологии литья: режима заливки и охлаждения, состава шихты и земли, порядка изготовления форм и т.п.
• Усадка металла при кристаллизации
• Ошибки при проектировании формы в целом и литниковой системы в особенности
• Недостаточная газопроводимость формы и нарушение вентиляции отливки

Дефект при усадки металла при кристаллизации

При условии соблюдения норм проектирования, состава смесей и технологических режимов литья производство получит качественную отливку, сведя вероятность брака литья к минимуму.

Способы исправления литейного брака

Для исправления поверхностных дефектов применяется механическая обработка — токарная, фрезерная или зачистка.

Фрезерная обработка брака литья

Если при этом размеры детали сократились больше допустимого, применяется наплавка тонкого слоя металла, доводящего размеры до требуемых и, как правило, улучшающего свойства заготовки.

Ультразвуковой неразрушающий метод контроля

Внутренний брак обнаруживается методами неразрушающего контроля. Иногда, если причина образования дефектов — внутренние напряжения, их удается снять путем нагрева и охлаждения по специальной методике. К сожалению, чаще внутренний брак литья исправлению не подлежат.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Классификация деффектов отливок из чугуна и стали

“Классификация дефектов отливок из чугуна и стали”

По ГОСТ 15467-79 дефектом называют каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Изделие, имеющее хотя бы один дефект, называют дефектным. Это означает, что как минимум один из показателей качества отливки превысил предельно допустимое значение.

Изготовленные любым способом отливки контролируют по качеству, контроль осуществляют работники литейного цеха, ОТК и в отдельных случаях представители Госприемки.

В зависимости от степени пораженности дефектами все отливки подразделяют на четыре группы:

• годные , полностью отвечающие всем установленным требованиям технической документации и стандартов;

• условно годные , имеющие небольшие отклонения от установленных требований (малозначительные дефекты), не оказывающие существенного влияния на эксплуатационные показатели отливки или изделия в целом; отливки допускаются к дальнейшей обработке и используются по своему назначению с разрешения главных специалистов промышленных предприятий после тщательной оценки дефектов;

• исправимый брак – отливки, имеющие один или несколько устранимых дефектов, после исправления которых они могут быть допущены к дальнейшей обработке и использованию по назначению;

• неисправимый или окончательный брак – отливки, имеющие такие дефекты, исправление которых технически невозможно или экономически нецелесообразно, либо качество исправления которых невозможно проконтролировать. Забракованию подлежат отливки, имеющие хотя бы один неустранимый дефект.

Устранимость или неустранимость дефекта определяют применительно к конкретным условиям производства и ремонта.

В зависимости от степени пораженности дефектами все отливки подразделяют на четыре группы:

годные , полностью отвечающие всем установленным требованиям технической документации и стандартов;

условно годные , имеющие небольшие отклонения от установленных требований (малозначительные дефекты), не оказывающие существенного влияния на эксплуатационные показатели отливки или изделия в целом; отливки допускаются к дальнейшей обработке и используются по своему назначению с разрешения главных специалистов промышленных предприятий после тщательной оценки дефектов;

исправимый брак – отливки, имеющие один или несколько устранимых дефектов, после исправления которых они могут быть допущены к дальнейшей обработке и использованию по назначению;

неисправимый или окончательный брак – отливки, имеющие такие дефекты, исправление которых технически невозможно или экономически нецелесообразно, либо качество исправления которых невозможно проконтролировать. Забракованию подлежат отливки, имеющие хотя бы один неустранимый дефект.

Устранимость или неустранимость дефекта определяют применительно к конкретным условиям производства и ремонта.

Дефекты подразделяются по разным признакам. Например, зависимости от предрасположенности дефектов к обнаружению они могут быть явными и скрытыми.

Явным является дефект , обнаруживаемый при внешнем осмотре (визуальном контроле), или дефект, для выявления которого в нормативной документации предусмотрены соответствующие инструментальные средства и методики. Несмотря на невозможность визуального обнаружения, такой дефект является явным, так как при использовании предписанной методики дефектоскопии он будет безусловно обнаружен.

Скрытый дефект – это дефект, не обнаруживаемый при указанных выше условиях и не выявляемый предусмотренной для контроля аппаратурой. Скрытые дефекты иногда выявляются в процессе механической обработки отливок или в процессе эксплуатации изделий, а также при дополнительном дефектоскопическом контроле не предусмотренными в технологических картах методами и средствами. Наиболее нежелательно и опасно, когда скрытый дефект проявляется в процессе эксплуатации изделия, что может вызвать аварийную ситуацию.

Согласно ГОСТ 19200 – 80 дефекты отливок из чугуна и стали подразделяют на пять основных групп (50разновидностей). Необходимо отметить, что принятая терминология широко используется также для отливок из сплавов на основе алюминия, магния, титана и других и поэтому может рассматриваться как универсальная.

1. Несоответствие по геометрии (14 видов):

Перекос Стержневой перекос Разностенность Стержневой залив Коробление Незалив Зарез Вылом

Дефекты литья стали

Виды дефектов отливок

Отливкам, как и слиткам, присущи свои дефекты (рис. 48). Кроме того, на практике встречаются другие пороки: приливы или местные утолщения отливок (залив, подутость, нарост, обвал, подрыв, обжим, задир; см. рис. 48); искажение формы и размеров (недолив, коробление, разностенность, перекос, вылом); несоответствие состава, структуры и свойств сплавов.

Рис. 48. Виды дефектов в отливках:
а — ужимина; б — утяжина н закрытая усадочная раковина; в —королек; г — термическая трещина; 0 —обжим формы; е — задир

Основными являются поверхностные и внутренние дефекты.

К поверхностным дефектам относят:

пригар, когда поверхность отливки полностью или частично покрыта слоем формовочного материала, пропитанного металлом и его оксидами. Причиной этому могут служить высокая температура заливки, большая продолжительность заливки, недостаточная раскисленность металла, слабое или, наоборот, слишком сильное уплотнение формовочной смеси, низкая теплопроводность смеси или ее малая газопроницаемость, неудовлетворительное качество очистки отливок.

Ужимина — небольшое утолщение на поверхности отливки, содержащее промежуточный слой формовочного материала. Причина ее образования — слишком медленная заливка формы, неудовлетворительные свойства формовочной смеси (низкая прочность, высокие термические напряжения), наличие в отливках больших плоских поверхностей, технологические нарушения при заливке металла (неравномерная подача металла, перерывы струи), повышенная газотворность смеси, длительное выстаивание сухих или подсушенных форм перед заливкой, отслаивание формовочной краски при заливке или сушке, большое давление газов в толще формы.

Спай — немонолитное слияние потоков металла, имеющее вид шва с округленными кромками, уходящее в глубь отливки. Причина его образования — непровари-вание металла в месте слияния двух потоков, низкая температура заливки, медленное заполнение формы, низкая жидкотекучесть металла (высоколегированная сталь, сплав), заливка тонкой или прерывистой струей и т. д.

Горячая трещина — хорошо заметный разрыв стенок отливки, проходящий по границам зерен металла, с неровной черной поверхностью излома и со следами ден-дритов. Она образуется при наличии значительных перепадов температур в стенках и отдельных частях отливки в период затвердевания и дальнейшего охлаждения, при механическом торможении усадки элементами литниковой системы, при повышенной температуре заливки, неравномерном подводе металла к отливке, недостаточном питании массивных узлов отливки, при повышенном содержании примесей, увеличивающих хрупкость металла (например, серы).

Холодная трещина — слабо заметный разрыв стенок отливки со светлой зернистой поверхностью излома или цветом побежалости. Причины ее образования в основном те же, что и при горячей трещине, только их влияние проявляется при более низких температурах.

Термические трещины — сквозные или поверхностные разрывы в отливке, они образуются при плазменной резке, электросварке, термической обработке из-за значительного температурного перепада между нагреваемыми и иенагреваемыми участками отливок, различных коэффициентов линейного расширения поверхностного слоя и сердцевины отливки, низкой теплопроводности сплава.

Внутренние дефекты подразделяются на две основные группы: раковины и включения. К раковинам относятся:

Усадочная раковина — открытая или закрытая полость в объеме отливки с шероховатой поверхностью

и следами дендритов, образуется по причинам нерациональной конструкции самой отливки или литниковой системы, недостаточной эффективности холодильников, несоответствия химического состава стали или сплава.

Рыхлость — местное скопление мелких раковин с шероховатыми стенками, часть со следами дендритов, возникает из-за повышенного интервала затвердевания, неблагоприятной геометрии отливки, исключения нормального питания металлом в процессе затвердевания.

Утяжка — пологое поверхностное углубление с гладкими стенками, выявляемое чаще всего в местах, примыкающих к тепловым узлам отливки. Она образуется из-за недостаточной прибыли в толстостенной отливке, необеспеченного питания металлом мест соединения нескольких стенок, нерациональной конструкции отливки, литниковой системы, несоответствия химического состава сплава.

Газовая раковина — внутренняя или выходящая на поверхность округлая полость в объеме отливки размером более 2—3 мм с гладкими стенками (располагается отдельно или группами). Возникает в отливках с повышенной газотворной способностью и низкой газопроницаемостью формы и стержней, при пониженной температуре заливаемого металла, при повышенной газонасыщенности стали (сплава) или при механическом захвате газов элементами литниковой системы при заливке формы.

Ситовидная пористость — вытянутые, иногда округлые раковины с гладкими стенками диаметром менее

2—3 мм. Выявляется при насыщении газами расплавленного металла, от соприкосновения металла с влажными материалами формы, ковша и др.

К включениям относятся:

Шлаковая раковина — неметаллическое включение, имеющее вид и состав шлака (одиночного вида или гнезда). Образуется при недостаточном перегреве металла, пониженной вязкости шлака, большом его количестве в результате неправильной и небрежной заливки сплава и при недостаточно эффективном удержании шлака в шлаковой чаше литниковой системы.

Песчаная раковина — включения того же вида и состава, что и формовочные материалы. Образуется при разрушении или размыве формы, в результате попадания формовочной смеси в полость формы до заливки при плохой сборке;

Металлические включения — наличие в отливке частиц сплава, отличающихся от основного металла (частички нерасплавившихся ферросплавов и др.). Образуются при попадании в полость формы посторонних металлических предметов, неполного расплавления ферросплавов и других легирующих материалов, а также неполного расплавления внутреннего холодильника.

Королек— металлическое включение того же состава, что и отливка. Образуется при неправильном режиме заливки отливок (перерыв струи, выбросы и разбрызгивание металла и др.), а также при неудачной конструкции литниковой системы, обусловливающей раздробление струи расплава.

Несоответствие химического состава отливок требованиям стандарта обнаруживается химическим анализом металла отливки. Причиной его могут быть: некондиционные шихтовые материалы, влажность шихты, влияние печных газов, неправильный режим плавки, ошибки в расчете шихты.

Несоответствие механических свойств отливок требованиям стандарта выявляется при испытаниях механических свойств металла специальной пробы, залитой из одного ковша с отливкой или в процессе механической обработки деталей.

Оно может быть вызвано отклонениями от нормы по химическому составу, плохим раскислением стали, очень высокой температурой заливки, неправильным режимом термообработки, загрязненностью металла неметаллическими включениями.

Несоответствие макро- и микроструктуры требованиям стандарта заключается в следующем: для стали — столбчатое кристаллическое строение, крупное зерно, усадочная и газовая пористость, неметаллические включения, зональная и дендритная ликвация; для чугуна — наличие или отсутствие отбела в отличие от заданной структуры, появление графита нежелательных форм и размеров, недостаточное количество перлита или феррита, усадочная и газовая пористость. Причиной возникновения отклонений могут быть: слишком горячий или слишком холодный металл, поступающий для литья; нарушения по химическому составу, неправильный режим термообработки, недостаточное питание отливки при кристаллизации из-за нарушения режима заливки или неудачной конструкции литниковой системы.

Дефекты литья стали

Виды дефектов отливок

Отливкам, как и слиткам, присущи свои дефекты (рис. 48). Кроме того, на практике встречаются другие пороки: приливы или местные утолщения отливок (залив, подутость, нарост, обвал, подрыв, обжим, задир; см. рис. 48); искажение формы и размеров (недолив, коробление, разностенность, перекос, вылом); несоответствие состава, структуры и свойств сплавов.

Рис. 48. Виды дефектов в отливках:
а — ужимина; б — утяжина н закрытая усадочная раковина; в —королек; г — термическая трещина; 0 —обжим формы; е — задир

Основными являются поверхностные и внутренние дефекты.

К поверхностным дефектам относят:

пригар, когда поверхность отливки полностью или частично покрыта слоем формовочного материала, пропитанного металлом и его оксидами. Причиной этому могут служить высокая температура заливки, большая продолжительность заливки, недостаточная раскисленность металла, слабое или, наоборот, слишком сильное уплотнение формовочной смеси, низкая теплопроводность смеси или ее малая газопроницаемость, неудовлетворительное качество очистки отливок.

Ужимина — небольшое утолщение на поверхности отливки, содержащее промежуточный слой формовочного материала. Причина ее образования — слишком медленная заливка формы, неудовлетворительные свойства формовочной смеси (низкая прочность, высокие термические напряжения), наличие в отливках больших плоских поверхностей, технологические нарушения при заливке металла (неравномерная подача металла, перерывы струи), повышенная газотворность смеси, длительное выстаивание сухих или подсушенных форм перед заливкой, отслаивание формовочной краски при заливке или сушке, большое давление газов в толще формы.

Спай — немонолитное слияние потоков металла, имеющее вид шва с округленными кромками, уходящее в глубь отливки. Причина его образования — непровари-вание металла в месте слияния двух потоков, низкая температура заливки, медленное заполнение формы, низкая жидкотекучесть металла (высоколегированная сталь, сплав), заливка тонкой или прерывистой струей и т. д.

Горячая трещина — хорошо заметный разрыв стенок отливки, проходящий по границам зерен металла, с неровной черной поверхностью излома и со следами ден-дритов. Она образуется при наличии значительных перепадов температур в стенках и отдельных частях отливки в период затвердевания и дальнейшего охлаждения, при механическом торможении усадки элементами литниковой системы, при повышенной температуре заливки, неравномерном подводе металла к отливке, недостаточном питании массивных узлов отливки, при повышенном содержании примесей, увеличивающих хрупкость металла (например, серы).

Холодная трещина — слабо заметный разрыв стенок отливки со светлой зернистой поверхностью излома или цветом побежалости. Причины ее образования в основном те же, что и при горячей трещине, только их влияние проявляется при более низких температурах.

Термические трещины — сквозные или поверхностные разрывы в отливке, они образуются при плазменной резке, электросварке, термической обработке из-за значительного температурного перепада между нагреваемыми и иенагреваемыми участками отливок, различных коэффициентов линейного расширения поверхностного слоя и сердцевины отливки, низкой теплопроводности сплава.

Внутренние дефекты подразделяются на две основные группы: раковины и включения. К раковинам относятся:

Усадочная раковина — открытая или закрытая полость в объеме отливки с шероховатой поверхностью

и следами дендритов, образуется по причинам нерациональной конструкции самой отливки или литниковой системы, недостаточной эффективности холодильников, несоответствия химического состава стали или сплава.

Рыхлость — местное скопление мелких раковин с шероховатыми стенками, часть со следами дендритов, возникает из-за повышенного интервала затвердевания, неблагоприятной геометрии отливки, исключения нормального питания металлом в процессе затвердевания.

Утяжка — пологое поверхностное углубление с гладкими стенками, выявляемое чаще всего в местах, примыкающих к тепловым узлам отливки. Она образуется из-за недостаточной прибыли в толстостенной отливке, необеспеченного питания металлом мест соединения нескольких стенок, нерациональной конструкции отливки, литниковой системы, несоответствия химического состава сплава.

Газовая раковина — внутренняя или выходящая на поверхность округлая полость в объеме отливки размером более 2—3 мм с гладкими стенками (располагается отдельно или группами). Возникает в отливках с повышенной газотворной способностью и низкой газопроницаемостью формы и стержней, при пониженной температуре заливаемого металла, при повышенной газонасыщенности стали (сплава) или при механическом захвате газов элементами литниковой системы при заливке формы.

Ситовидная пористость — вытянутые, иногда округлые раковины с гладкими стенками диаметром менее

2—3 мм. Выявляется при насыщении газами расплавленного металла, от соприкосновения металла с влажными материалами формы, ковша и др.

К включениям относятся:

Шлаковая раковина — неметаллическое включение, имеющее вид и состав шлака (одиночного вида или гнезда). Образуется при недостаточном перегреве металла, пониженной вязкости шлака, большом его количестве в результате неправильной и небрежной заливки сплава и при недостаточно эффективном удержании шлака в шлаковой чаше литниковой системы.

Песчаная раковина — включения того же вида и состава, что и формовочные материалы. Образуется при разрушении или размыве формы, в результате попадания формовочной смеси в полость формы до заливки при плохой сборке;

Металлические включения — наличие в отливке частиц сплава, отличающихся от основного металла (частички нерасплавившихся ферросплавов и др.). Образуются при попадании в полость формы посторонних металлических предметов, неполного расплавления ферросплавов и других легирующих материалов, а также неполного расплавления внутреннего холодильника.

Королек— металлическое включение того же состава, что и отливка. Образуется при неправильном режиме заливки отливок (перерыв струи, выбросы и разбрызгивание металла и др.), а также при неудачной конструкции литниковой системы, обусловливающей раздробление струи расплава.

Несоответствие химического состава отливок требованиям стандарта обнаруживается химическим анализом металла отливки. Причиной его могут быть: некондиционные шихтовые материалы, влажность шихты, влияние печных газов, неправильный режим плавки, ошибки в расчете шихты.

Несоответствие механических свойств отливок требованиям стандарта выявляется при испытаниях механических свойств металла специальной пробы, залитой из одного ковша с отливкой или в процессе механической обработки деталей.

Оно может быть вызвано отклонениями от нормы по химическому составу, плохим раскислением стали, очень высокой температурой заливки, неправильным режимом термообработки, загрязненностью металла неметаллическими включениями.

Несоответствие макро- и микроструктуры требованиям стандарта заключается в следующем: для стали — столбчатое кристаллическое строение, крупное зерно, усадочная и газовая пористость, неметаллические включения, зональная и дендритная ликвация; для чугуна — наличие или отсутствие отбела в отличие от заданной структуры, появление графита нежелательных форм и размеров, недостаточное количество перлита или феррита, усадочная и газовая пористость. Причиной возникновения отклонений могут быть: слишком горячий или слишком холодный металл, поступающий для литья; нарушения по химическому составу, неправильный режим термообработки, недостаточное питание отливки при кристаллизации из-за нарушения режима заливки или неудачной конструкции литниковой системы.