Материаловед

Отливки подвергают контролю для определения их соответствия требованиям стандартов и технических условий. Проверяют химический состав сплава, структуру, размеры и геометрию отливок, механические свойства, устанавливают  отсутствие поверхностных и внутренних дефектов.

Дефекты можно разделить на две группы: неисправимые и исправимые. Неисправимые дефекты, обычно крупные по размерам, исправить невозможно или невыгодно. В этом случае отливку считают негодной для использования и переводят в разряд окончательного брака. Исправимые дефекты, обычно мелкие, экономически целесообразно подвергать исправлению.

Основные виды дефектов отливок.

Газовые раковины – открытые или закрытые пустоты с чистой и гладкой поверхностью закругленной формы, созданные воздухом или газами, выделяющимися из расплавленного металла при его затвердевании или из материалов формы.  Образуются из-за повышенной влажности формы, плохой ее вентиляции, низкой температуры и насыщенности газами металла, недостаточной раскисленности расплава.

Шлаковые (или песчаные) раковины – открытые (иногда закрытые) полости в теле отливки, частично или полностью заполненные шлаком (или формовочной смесью). Образуются в результате разрушения отдельных частей формы из-за низкой прочности, слабого уплотнения формы, смыва формовочной смеси расплавом при неправильном его подводе.

Усадочные раковины – открытые или закрытые полости в теле отливки с неровной «рваной» внутренней поверхностью  и грубокристаллическим строением. Образуются в утолщенных местах отливки из-за неправильной ее конструкции или в результате слишком высокой температуры заливки, из-за неправильной установки прибылей .

Усадочная пористость – скопление мелких пустот (пор) неправильной формы, которые образовались в отливке в результате объемной усадки при отсутствии доступа жидкого металла. Она характерна для сплавов с широким интервалом кристаллизации.

Трещины – сквозные и несквозные  разрывы тела отливки.

Холодные трещины имеют небольшую ширину и значительную длину. Они образуются при низких температурах и имеют светлую неокисленную поверхность. Причиной образования холодных трещин является усадка сплава, приводящая к значительным внутренним напряжениям. Горячие трещины имеют  значительную ширину и небольшую протяженность. Они образуются при высоких температурах и имеют темную окисленную поверхность. Причинами образования трещин являются  недостаточная податливость стержней и отдельных частей формы, ранняя выбивка отливки из формы, повышенная усадка.

Заливы – тонкие, различные по величине и форме и не предусмотренные чертежом выступы на отливке.  Они чаще всего образуются на месте разъема формы и вдоль стержневых знаков.

Причины образования заливов – недостаточная нагрузка форм при заливке, наличие зазоров между знаками стержней и контурами полости формы и т.д.

Недоливы – получение в форме отливок с неполным контуром. Образуются при низкой температуре заливки и чрезмерной длительности заливки, при недостаточных размерах питателей литниковой системы, при скоплении газов, препятствующих заполнению формы.

Спаи – сквозные или поверхностные щели с закругленными краями в теле отливок. Получаются в результате перерыва струи, низкой температуры или неправильной конструкции литниковой системы.

Перекос – несоответствие конфигурации отливки чертежу из-за смещения одной части отливки относительно другой. Перекос является следствием неправильного центрирования опок при чрезмерном износе штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной установки стержня.

Разностенность возникает в результате неправильной установки или смещения стержней при заливке формы в случае непрочного их крепления.

Коробление – искажение размеров и конфигурации отливки  вследствие ее изгиба в целом или частично.   Возникает вследствие недостаточной податливости формы и стержней при усадке отливки в процессе затвердевания, а также в результате больших внутренних напряжений вследствие неравномерного затвердевания   отдельных частей отливки. Во избежание коробления необходимо добиваться меньшей разностенности отливки, а для охлаждения массивных частей применять холодильники.

Методы обнаружения дефектов

Поверхностные дефекты отливок в виде трещин, пор и раковин, пригаров выявляют различными методами. Видимые дефекты обнаруживают внешним осмотром после извлечения отливки из   формы или после очистки. Невидимые поверхностные дефекты определяют с помощью люминесцентного контроля, магнитной или цветной дефектоскопии.

При люминесцентном методе на поверхность отливки наносят слой раствора, способного светиться в ультрафиолетовых лучах. Раствор затекает в тонкие трещины поры и раковины. Раствор смывают и после сушки на поверхность наносят тонкоизмельченный силикагель, способный впитывать флюоресцирующий раствор, оставшийся в углублениях и трещинах. Отливку устанавливают под источник ультрафиолетового света и по яркому свечению порошка определяют место и размеры поверхностных дефектов.

Магнитную дефектоскопию применяют для выявления в отливках из магнитных сплавов поверхностных трещин и внутренних дефектов, расположенных на глубине до 2 мм. Отливку намагничивают и покрывают тончайшим магнитным порошком или суспензией порошка в воде или масле. По искажению силовых магнитных линий и возникновению бугорков из магнитного порошка судят о размерах и форме дефекта.

Метод цветовой дефектоскопии состоит в погружении отливок на 5…10 мин в красную краску, которая проникает в трещины и поры. После удаления краски с поверхности отливки на нее наносят тонкий слой белой краски. После подсушки в местах расположения трещин и пор на белом фоне проявляются их следы в виде красных линий и точек.Чем глубже и крупнее дефекты, тем ярче и больше их  красные следы. После контроля белую краску смывают растворителем.

Внутренние дефекты выявляют радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

При использовании радиографических методов (рентгеноскопия, гамма-дефектоскопия) на отливки воздействуют рентгеновским или гамма-излучением и получают негативные снимки. Дефекты отливок (шлаковые включения, газовые и усадочные раковины, поры, трещины) в меньшей степени поглощают интенсивность лучей, чем металл, поэтому на пленке дефекты появляются в виде темных пятен. С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, размеры и глубину его залегания.

При ультразвуковом контроле ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной) частично отражается. По интенсивности и направлению отраженной волны судят о наличии, размерах и глубине залегания дефекта. Для обнаружения дефекта необходимо, чтобы его поперечные размеры были не меньше длины ультразвуковой волны.

Методы исправления дефектов

Дефекты отливок исправляют, если это технически возможно и экономически целесообразно. Наиболее распространенными способами  исправления дефектов являются правка, заварка и пропитка.

Правкой исправляют коробление отливок. Для этого на отливку оказывают механическое воздействие – ее пластически деформируют на прессах или молотками и восстанавливают требуемую геометрию.

Поверхностные дефекты на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины) исправляют дуговой и газовой сваркой. Для этого  дефектное место отливки разделывают – придают сечению завариваемого места V-образную форму.

Дуговой сваркой без подогрева исправляют дефекты чугунных отливок. Наплавка металла однослойная или многослойная валиками, по необходимости с подчеканкой. Для этого применяют стальные, медно-стальные и медно-никелевые электроды.

Дуговую и газовую сварку с подогревом применяют для исправления дефектов стенок отливок, испытывающих динамические нагрузки. Отливки перед сваркой нагревают (чугунные — до 550…700 ⁰С, алюминиевые и магниевые — до 350…400 ⁰С), чтобы избежать значительных термических напряжений. Для исключения окисления поверхности используют флюсы или защитные газы. Объем дефекта заполняют наплавляемым металлом, близким по химическому составу к материалу отливки. Наплавляемый металл поддерживают некоторое время в жидком состоянии в целях выравнивания химического состава и удаления неметаллических включений. После сварки отливку или дефектное место вновь нагревают до первоначальной температуры и затем медленно охлаждают для устранения сварочных напряжений.

Дефекты механически обработанных стальных отливок исправляют пайкой. Для пайки применяют твердые припои Cu-Ni, Cu-Ag.

Пропитку применяют для устранения пористости.  Для пропитки широко используют бакелитовый лак, натуральную олифу, жидкое стекло и этилсиликат. Пропитку лаками проводят в специальных баках при температуре 150…200 ⁰С под давлением 0,5…0,6 МПа. Жидким стеклом отливки пропитывают при температуре 85…95 ⁰С. Перед пропиткой отливки, чтобы очистить их от масла, промывают в тетрахлориде углерода и подвергают вакуумированию. Длительность пропитки определяется толщиной стенок, размерами пор и свойствами пропитывающего материала. Для отверждения пропитывающего материала отливки нагревают и выдерживают в течение определенного времени.

Для устранения течи отливки из цветных металлов пропитывают бакелитовым лаком.

Незначительные поверхностные дефекты исправляют заделкой замазками или мастиками.

Перед заполнением мастикой дефектные места очищают от грязи, обезжиривают и сушат. После заполнения исправленное место заглаживают, обдувают сжатым воздухом и грунтуют. Применяют замазки из наполнителя (каменной муки, цемента, металлической стружки), связующего (жидкого стекла, эпоксидной смолы) и отвердителя.

После исправления дефектов отливки вновь подвергают контролю. Перед сдачей на склад чугунные отливки грунтуют или окрашивают, отливки из магниевых сплавов подвергают специальной химической обработке для получения защитной оксидной пленки.