Несплошности в теле отливки
ВВедение
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, кон- троль осуществляют работники литейного цеха, ОТК и в отдельных случаях пред- ставители Госприемки. В зависимости от степени пораженности дефектами все отливки подразделя- ют на четыре группы:
• годные, полностью отвечающие всем установленным требованиям техниче- ской 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 де- фектов, после исправления которых они могут быть допущены к дальнейшей обра- ботке 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 подразделя- ют 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 скрыты- ми. 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.
Рассмотрим некоторые дефекты
Дефекты геометрии
| № | Термин и определение | Рисунок | Основные причины дефекта |
| Недолив - дефект в виде неполно- го образования отливки вследствие незаполнения полости формы металлом. |  | Одной из основных причин недо- лива является недостаточное количест- во жидкого металла. | |
| Незалив - несоответствие конфигурации отливки чертежу вследствие износа модельной оснастки или дефектов формы. | | Причиной незалива может быть также нарушение технологических ре- жимов заливки. | |
| Неслитина - сквозная щель или отверстие в стенке отливки, образовавшееся вследствие неслияния встречных потоков металла. Неслитина характерна для сплавов с широким интервалом кристаллизации и наблюдается обычно в тонких стенках отливок. Эти дефекты легко обнаруживаются при визуальном осмотре отливок. |  | Низкая температура заливаемого металла. Низкая скорость заполнения фор- мы металлом. | |
| Обжим - это местное нарушение конфигурации отливки. Обжим обычно образуется вблизи плоскости разъема в виде прилива или утолщения произвольной формы. | | Образуется вследствие деформа- ции формы из-за механических воздей- ствий при ее сборке или заливке. | |
| Подутость представляет собой местное утолщение отливки, возник- шее вследствие расширения недостаточно уплотненной формы заливаемым металлом. | | Низкая прочность формовочных и стержневых смесей. Слабое уплотнение форм стержней. Высокое металостатическое дав- ление. | |
| Перекос дефекты в виде смещения одной части отливки относительно осей или поверхностей другой части по разъему формы, модели вследствие их неточной установки. |  | Дефекты оснастки (коробления, поломки и т.п.). Неудовлетворительное состояние опочной оснастки и подмодельных плит. Некачественная сборка формы | |
| Стержневой перекос дефекты в виде смещения отверстия, полости или части отливки, выполняемых с помощью стержня, вследствие его перекоса. | | Дефекты оснастки (коробления, поломки и т.п.). Неудовлетворительное состояние опочной оснастки и подмодельных плит. Некачественная сборка формы | |
| Разностенность - увеличение или уменьшение толщины стенок отливки. Разностенность выявляется визуально или с помощью измерительных средств. | | Дефекты оснастки (коробление, поломка и т.д.). Неудовлетворительное состояние опочной оснастки и подмодельных плит. Некачественная сборка формы | |
| Стержневой залив - дефект в виде залитого металлом отверстия или полости в отливке | | Возникающим из-за не проставленного в литейной форме стержня или его обрушения. | |
| Коробление - может проявляться в различных формах, наиболее характерам является появление вогнутости или выпуклости на плоских поверхностях отливок. |  | Искажение конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении отливки или вследствие деформации модельной оснастки | |
| Вылом - дефекты в виде нарушений конфигурации отливки при выбивке стержней, обрубке литников, зачистке отливок или их транспортировании. | | Неправильный подвод металла к отливке. Воздействие больших механических нагрузок на отливку. | |
| Зарез дефект в виде искажения контура отливки при отрезке литников, обрубке и зачистке. | Неправильный подвод металла к отливке. Воздействие больших механических нагрузок на отливку. | ||
| Прорыв металла – дефект в виде неполного образования или искажения формы отливки, возникающий при заливке. |  | Недостаточная прочность формы | |
| Уход металла – дефект в виде пустоты в теле отливки, ограниченный тонкой коркой затвердевшего металла, образовавшийся вследствие вытекания металла из формы. | Слабое крепление формы. |
Дефекты поверхности
| № | Термин и определение | Рисунок | Основные причины дефекта |
| Пригар - специфический трудно- отделяемый слой на поверхности отливки, возникший при взаимодейст- вии расплавленного металла с материалом формы. |  | Этот дефект образуется преиму- щественно на отливках из сплавов с высокой температурой плавления при заливке в песчаные формы | |
| Окисление - окисленный слой металла на поверхности отливки. | Образовывается в результате достаточно длительной и высокотемпературной термической обработки. | ||
| Газовая шероховатость – сферообразные мелкие углубления на по- верхности отливки. |  | Образовываются вследствие вы- деления газовых пузырьков на поверхности раздела металл – форма. | |
| Спай - дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки. |  | Причина неполностью слившиеся потоки металла с недостаточной температурой или в результате прерванной заливки. | |
| Плена - самостоятельный металлический или окисный слой на поверхности отливки. | Образовавшийся при недостаточно спокойной заливке. | ||
| Складчатость - дефект в виде сморщенной поверхности – незначительных сглаженных возвышений и углублений. |  | Образуется вследствие тепловых деформаций поверхностного слоя формы или затвердевающего металла, а также вследствие пониженной жидко- текучести металла. | |
| Вскип - дефект в виде скопления раковин и наростов. Подобные дефекты могут не только располагаться в теле отливки, но и выходить на поверх- ность. |  | Образуются вследствие интен- сивного парообразования в местах переувлажнения формы или стержня, а также вследствие переуплотнения формы. | |
| Ужимина - углубление с пологими краями, заполненное формовочной смесью и прикрытое слоем металла. |  | Образовывается вследствие окис- ления формовочной смеси при тепловом расширении поверхностного слоя формы. | |
| Нарост - выступ произвольной фор- мы на поверхности отливки. | | Образовывается при заполнении металлом разрушенного участка формы. | |
| Засор - внедрившиеся в поверхность металла комочки материала формы. | | ||
| Залив - тонкие металлические приливы. |  | Основная причина проникание металла в зазоры по разъему формы и знакам стержней. | |
| Просечка – невысокие, часто плоские прожилки металла. | | Возникают при затекании расплава в трещины формы. | |
| Грубая поверхность – сферообразные углубления на поверхности отливки, по своим параметрам превышающая допустимые нормы. | | Образовываются вследствие выделения газовых пузырьков на поверхности раздела металл – форма. |
Несплошности в теле отливки
| № | Термин и определение | рисунок | Основные причины дефекта |
| Горячая трещина - дефект в виде разрыва или надрыва тела отливки по границам кристаллов, поэтому она имеет извилистую или ломаную форму и неровную окисленную поверхность. |  | Горячие трещины образуются вследствие затрудненной усадки в интервале температур затвердевания сплавов и располагаются чаще всего во внутренних углах сходящихся стенок или других подобных узлах отливки | |
| Холодная трещина – дефект в виде разрыва тела затвердевшей отливки, отличается сравнительно гладкой светлой поверхностью и, как правило, имеет прямолинейную форму. | Дефект образуется в твердом металле в местах наибольшего воздействия внутренних напряжений. | ||
| Межкристаллическая трещина - дефект в виде разрыва тела отливки. | Возникает при охлаждении отливки в форме на границах первичных зерен аустенита в температурном интервале распада. | ||
| Усадочная раковина – дефект в виде открытой или закрытой полости, образующейся в тепловых узлах отливки. Поверхность такой раковины обычно грубая, иногда окисленная |  | Затрудненное питание отливки. | |
| Газовая раковина - дефект в виде полости. Газовая раковина в отличие от усадочной имеет сферическую форму и гладкую чистую поверхность. | | Образуется газами, попавшими в отливку при взаимодействии жидкого металла с материалом формы или выделившимися из металла при его затвердевании | |
| Ситовидная раковина (ситовидная пористость) - скопление удлиненных тонких раковин, расположенных в подповерхностном слое отливки и ориентированных перпендикулярно к ее поверхности. | | Обычно их появление вызвано повышенным содержанием водорода в кристаллизующемся слое металла. | |
| Усадочная пористость представляет собой скопление мелких пор в тепловых узлах. |  | Усадочная пористость образуется из-за недостаточного питания отливки при усадке металла во время его затвердевания. | |
| Рыхлота – дефект в виде скопления мелких (микроскопических) усадочных раковин. | |||
| В чугунных отливках может образовываться графитовая пористость в виде сосредоточенных крупных выделений графита, которые нарушают герметичность отливки при работе под давлением газа или жидкости. | |||
| Утяжина – дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности. | | Недостаток питания отливки, образуются обычно в массивных частях отливки вследствие усадки металла. | |
| Песчаная раковина - полость, частично или полностью заполненная фор- мовочным материалом. | | ||
| Шлаковая раковина – полость, частично или полностью заполненная шлаком. | |||
| Поверхностное повреждение – случайные повреждениях поверхности во время выбивки отливок или транспортирования. При этом образуются различные дефекты в виде забоин, вмятин и т. п. Повреждения поверхности во время выбивки отливок или транспортирования. | |||
| Залитый шлак – дефект в виде частичного заполнения литейной формы шлаком. | |||
| Газовая пористость – дефект в виде мелких пор. Образуется в результате выделения газа из металла при его затвердевании. | |||
| Непровар жеребеек – дефект в виде несплошности соединения металла отливки с поверхностью жеребеек (холодильников). Образуется вследствии загрязнения жеребеек, несоответствии масс, понижении температуры заливаемого металла. |
Включения
| Королек – преждевременно затвердевший небольшой шарик металла |  | Затвердевшие брызги металла при неправильной заливке и несплавившийся с отливкой. |
| Металлические включения | | |
| Неметаллические включения | | Может образовываться в результате химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла, а также замешиваться в расплав механическим путем. |
Дефекты структуры
В никелевых жаропрочных сплавах самым распространённым дефектом структуры является перегрев.
Перегрев – увеличение размеров γ’фазы, или оплавление её границ, вследствие этого значительно уменьшаются механические свойства отливки
Наряду с перегревом, так же присутствует и недогрев . При недогреве образуются нерасплавленные частицы, при этих условиях происходит сильное огрубление γ’фазы.
Трещины холодные Газовая пористость
Методы контроля дефектов
Капиллярная дефектоскопия
Дефектоскопия, основанная на капиллярных свойствах жидкостей. Капиллярные методы дефектоскопии базируются на свойстве жидкостей проникать в невидимые невооруженным глазом поверхностные нарушения сплошности. Это позволяет с помощью дополнительных материалов и технических средств выявлять дефекты путем формирования на контролируемой поверхности контрастных рисунков, копирующих месторасположение и форму дефектов.
Выявление невидимой трещины, имеющей ширину раскрытия а, осуществляется путем проявления и увеличения индикаторного следа от нее до размера А и создания высокого оптического контраста между поверхностью детали и проявляемым на ней рисунком.
Метод позволяет обнаружить поверхностные трещины раскрытием 0,001 мм, глубиной 0,01 мм и длиной более 0,1 мм. Капиллярные методы используются для выявления поверхностных и сквозных трещин в магнитных и немагнитных материалах.
Достоинства капиллярных методов:
· высокая чувствительность и разрешающая способность;
· наглядность результатов контроля и возможность определения направления, протяженности и размеров дефекта;
· возможность контроля изделий из любых материалов;
· высокая вероятность обнаружения дефектов.
Недостатки этих методов: высокая трудоемкость и длительность процесса (0,5—1,5 ч на одно измерение), а также громоздкость применяемого оборудования. Различают следующие методы капиллярной дефектоскопии (по характеру следов проникающих жидкостей и особенностям их обнаружения): яркостный (ахроматический), цветной (хроматический), люминесцентный, люминесцентно-цветной.
Схема выявления дефектов капилярным методом: 1 — контролируемая деталь; 2 — проявляющее вещество; 3 — след пенетранта; 4 — трещина с остатками пенетранта; /—III — соответственно: источник ультрафиолетового излучения, источник света при цветном контроле, объектив.
Простейшими методами дефектоскопии данного типа являются керосиновая, масляная и цветная пробы, где в качестве проникающей жидкости используют соответственно керосин, жидкие минеральные масла или их смесь, а в качестве проявителя применяют мел или каолин. Пробы можно отнести к яркостным методам капиллярной дефектоскопии. В результате проявления проникающей жидкости над трещиной возникает определенный индикаторный след, который четко выявляется на светлом фоне проявителя. Метод керосиновой пробы заключается в следующем. Деталь погружают в керосин или смачивают им контролируемую поверхность. После выдержки в течение 1—2 мин ее насухо протирают или сушат и покрывают мелом. Керосин выступает из трещин, и они темными линиями обозначаются на меловой обмазке. Для ускорения процесса дефектации рекомендуется постукивать по детали. Этот метод очень прост, не требует специального оборудования и поэтому широко используется, особенно при проверке крупногабаритных деталей и металлоконструкций. Однако с помощью такого метода невозможно выявить трещины шириной менее 0,03—0,05 мм. Аналогично выполняется масляная проба, при которой деталь помещают в масло, нагретое до 50—60 °С. Общим недостатком рассмотренных методов является относительно слабая контрастность. В этом отношении преимуществами обладает цветная проба. На очищенную контролируемую поверхность наносят смесь керосина, трансформаторного масла и яркого красителя (пигмента). После 5—10-минутной выдержки поверхность промывают водой, покрывают тонким слоем каолина и сушат теплым воздухом. Имеющиеся в детали трещины выявляются в виде красных линий на белом фоне каолинового покрытия. Разновидностью цветной пробы является метод красок, который основан на способности красок к взаимной диффузии. Для обнаружения- трещин поверхность детали обезжиривают бензином и покрывают красной краской, которую через 5—6 мин смывают растворителем. После этого поверхность детали покрывают белой краской. Красная краска выступает из трещины и окрашивает белое покрытие, обозначая границы трещины. Для обнаружения трещин этим методом применяются дефектоскопы ДМК-1, ДМК-2. Метод красок позволяет обнаруживать трещины шириной не менее 0,01—0,03 мм и глубиной до 0,01—0,04 мм.
Люминесцентный метод дефектоскопии основан на способности некоторых веществ (люминофоров) светиться под воздействием ультрафиолетовых лучей. Для выявления трещин на поверхность детали 1 (рис. 3.24) наносят люминофор 5. После выдержки 5—6 мин люминофор с поверхности удаляют, затем наносят слой талька с целью извлечения люминофора из трещины. Впитанное тальком флюоресцирующее вещество ярко светится в ультрафиолетовых лучах. Контроль деталей на отсутствие трещин этим методом производят на специальных люминесцентных дефектоскопах. В качестве источника ультрафиолетовых лучей применяют ртутно-кварцевые лампы. В качестве люминофоров используют твердые или жидкие вещества. Из твердых чаще всего применяются проявляющие порошки окиси магния, углекислого магния или их смесь. Порошки втираются в полость возможного дефекта, где и остаются. Предпочтительным является применение жидких люминофоров, так как они легче проникают в трещины.
Схема люминесцентной дефектоскопии: 1 — деталь с дефектом; 2 — световой фильтр; 3 — ртутно-кварцевая лампа; 4 — излучение; 5 — люминофор В качестве люминофоров используют антраценовое масло в смеси с керосином (80 %) и трансформаторным маслом (15 %). Эта смесь дает светло-голубое свечение. Используются также дефектоль или нориол, представляющий собой продукт перегонки нефти. Эти вещества дают зелено-желтое свечение. В последнее время используется в качестве люминофора раствор поликонденсированных ароматических углеводородов в керосиногазойлевой фракции нефти — шубикол. Люминесцентный метод позволяет выявить только поверхностные дефекты. Он применяется для обнаружения трещин в деталях из любых материалов, включая немагнитные, для которых невозможно использовать более эффективные методы магнитной дефектоскопии. Технология дефектоскопии рассмотренными методами включает следующие общие основные этапы:
— подготовку объекта к контролю;
— обработку контролируемой поверхности дефектоскопическими материалами;
— проявление дефектов;
— обнаружение, измерение дефектов и расшифровку результатов контроля; — очистку объекта от материалов, применяемых при контроле.
Произведём расчет времени заполнения дефекта пенетрантом
,
где η – вязкость пенетранта; σ – поверхностное натяжение; θ – угол смачивания, хд – минимальный размер дефекта.
.
7.2Контроль формы, размеров и положения рабочих поверхностей детали
Геометрические параметры дефектуемых деталей определяют для установления правильности их геометрической формы, отклонения фактических размеров от номинальных, определения величин износа и зазоров в подвижных и неподвижных соединениях. Для контроля с требуемой точностью применяют соответствующие проверочные и измерительные приспособления, инструменты и приборы.
Проверочными инструментами и приспособлениями можно установить только наличие погрешностей в размерах и форме дефектуемых деталей и оценить их годность по данным параметрам. Для этого применяются различные калибры, шаблоны, проверочные линейки и плиты. Абсолютные же значения размеров деталей и их отклонений определяют измерительными инструментами и приборами. Например, для контроля размеров валов и отверстий из проверочных инструментов служат соответственно предельные калибры-скобы и калибры-пробки, а из измерительных — универсальные штанген- и микрометрические инструменты.
В зависимости от формы контролируемых поверхностей и требуемой точности измерения для дефектации деталей применяются следующие универсальные измерительные приборы:
· штангенциркули для измерения наружных и внутренних размеров деталей;
· штангензубомеры для измерения толщины зубьев цилиндрических зубчатых колес;
· штангенглубиномеры для измерения глубины отверстий и высоты выемок;
· гладкие микрометры для измерения наружных размеров деталей и резьбовые микрометры —для измерения резьб;
· индикаторные нутромеры с комплектом сменных измерительных вставок — для измерения внутренних размеров;
· индикаторы часового типа, которые крепятся на стойке или штативе — для измерения линейных размеров, отклонения формы или биения вращающихся деталей.
Отклонение от крутости измеряют кругломерами; от плоскостности — с помощью контрольных линеек, плит и щупов, по положению отдельных точек; от прямолинейности в плоскости — с помощью поверочных линеек, уровней и оптико-механических приборов.
Рассмотрим некоторые типовые методы контроля универсальными средствами.
Контроль цилиндрических поверхностей деталей. При износе деталей проверяют размеры и форму цилиндрических поверхностей. Для определения этих параметров измеряют диаметр поверхности в нескольких сечениях в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. По результатам измерений определяют отклонение размеров от номинальных значений, а также конусность, бочкообразность и корсетность поверхности.
Проверка прямолинейности осуществляется с помощью контрольной линейки, которая является эталоном прямолинейности. Линейку устанавливают на две одинаковые мерные плитки и пластинчатым щупом измеряют зазор между ней и контролируемой поверхностью. Разность в величине зазора определяет непрямолинейность поверхности. Более точный контроль прямолинейности достигается оптическими приборами, так как в этом случае эталоном прямолинейности является луч света.
Плоскостность поверхности контролируют по прилеганию к ней проверочной плиты. Для этого плиту покрывают краской (берлинской лазурью), накладывают ее на контролируемую поверхность и перемещают по ней в разных направлениях. По числу пятен краски, оставшихся на контролируемой поверхности, судят о ее плоскостности: чем больше число пятен, тем меньше отклонение контролируемой поверхности от эталонной плоской поверхности проверочной плиты. Обычно подсчитывают число пятен на площади 25x25 мм. Минимальное число пятен указывается в технических требованиях к детали. Этим способом проверяется плоскостность рабочих поверхностей фланцев, разъемов корпусных деталей и т.д.
Замер зазоров. Если имеется свободный доступ к сопряженным поверхностям, то зазор между ними замеряется пластинчатым щупом. Если такого доступа нет, то зазор измеряют с помощью свинцовых оттисков. Для этого между сопрягаемыми поверхностями укладывают свинцовые проволочки диаметром, большим предполагаемого зазора (обычно 1—1,5 мм), и механизм собирают. Проволочки расплющиваются и, измеряя их толщину после разборки механизма, определяют величину зазора.