Дефекты отливок и их исправление кратко

Обновлено: 02.07.2024

Характерными дефектами литьевых деталей из полимерных материалов (ПМ) являются грат, утяжины, недоливы, коробление и отпечатки от выталкивателей. В статье рассматриваются наиболее вероятные причины возникновения подобных дефектов и способы их предупреждения.

Грат

Если у литьевых деталей наблюдается грат (перелив,наплыв) в плоскости разъема литьевой формы, то в большинстве случаев его причиной является недостаточное усилие запирания формы во время стадий впрыска и выдержки под давлением. Кроме того, слишком высокое давление формования может вызвать местный прогиб формы в области ее смыкания и также привести к образованию грата. Завышенная скорость впрыска и пониженная вязкость расплава вследствие высоких температур расплава и (или) формы также могут оказаться причинами возникновения этого характерного для литьевых деталей дефекта из-за того, что в конце пути течения расплава слишком высока его текучесть.

Если у деталей постоянно появляется грат во вполне определенном месте, как это показано на рис. 1 и 2 (справа), то это свидетельствует о дефектности литьевой формы, которая недостаточно уплотнена в данном месте. Если же наблюдается грат по всему периметру детали в плоскости разъема формы (рис. 2, слева), то это, скорее всего, следствие недостаточного усилия запирания формы, повышение которого, однако, сверх определенного предела сопряжено с опасностью повреждения литьевой формы. Поэтому целесообразно более точно установить конкретную причину возникновения грата и лишь после этого принять соответствующие меры по его предупреждению (см. таблицу).

Причина возникновения

Способ устранения

Утяжины

Утяжины (углубления, впадины) на поверхностилитьевых деталей возникают главным образом в зонах скопления массы ПМ – там, где толщина стенки максимальна или находится переход от одной толщины к другой (рис. 3 – 6).

Причиной появления подобных дефектов является неравномерная термическая усадка ПМ при охлаждении и затвердевании неравнотолщинной отливки, когда свободной усадке ее утолщенных мест препятствуют периферийные зоны меньшей толщины. В результате этого происходит втягивание наружной оболочки внутрь детали. Такое явление может наблюдаться и после извлечения из формы еще нагретой отливки. Предотвратить возникновение утяжин возможно с помощью как конструктивных, так и технологических мероприятий (см. таблицу).

Причина возникновения

Способ устранения

Рис. 1. Деталь с местным гратом, причиной которого является неплотное локальное смыкание литьевой формы
Рис. 2. Детали с местным гратом (справа) и ярко выраженным гратом по всей плоскости разъема оформляющей полости (слева)
Рис. 3. Утяжины (1), возникающие преимущественно из-за увеличенной усадки в местах с большой толщиной стенки, как, например, при недостаточно глубоком резьбовом отверстии (а, слева) или в месте подкрепления пластины ребром жесткости (б, слева), можно предотвратить конструктивным путем – утоньшением соответствующих мест детали (а и б, справа)
Рис. 4. Утяжины (справа), которые возникают из-за слишком кратковременной выдержки под давлением и (или) недостаточного давления формования, можно предотвратить путем оптимизации этих технологических параметров
Рис. 5. Поверхность цапфы из полистирола имеет ярко выраженные утяжины (слева) в местах расположения штырьков на обратной стороне
Рис. 6. Четко видимые утяжины на поверхности детали из АбС-пластика из-за слишком большой толщины стенки
Рис. 7. Деталь из полистирола со следами от выталкивателя, которые проявляются как белые изломы из-за слишком большого усилия выталкивания детали

Недоливы

Если оформляющие полости в литьевой форме располагаются далеко от места впрыска расплава ПМ или имеются слишком тонкостенные участки деталей, то при невысоких значениях температур расплава и (или) формы, а также давления впрыска расплав не успевает до своего отвердевания полностью заполнить оформляющую полость, и в детали образуются недоливы. При высоком давлении впрыска причиной недоливов может быть недостаточное давление формования (давление выдержки), которое должно составлять около 50 % от средних значений и 70 – 80 % от высоких значений давления впрыска.

Если не заполнены ПМ тонкостенные места деталей, расположенные близ литников, то, вероятнее всего, это следствие частичного отвердевания расплава ПМ в течение того периода времени, когда заполняются расплавом более толстостенные зоны, где его течение осуществляется более легко.

Причина возникновения

Способ устранения

Коробление

Непосредственно после извлечения деталей из литьевой формы или спустя некоторое время может наблюдаться их коробление – недопустимое изменение формы по сравнению с заданной, при котором, например, плоские детали становятся волнообразными, а прямые кромки втягиваются внутрь, выгибаются наружу или скручиваются.

Непосредственной причиной этого дефекта являются остаточные напряжения в литьевой детали, происхождение которых в свою очередь может быть обусловлено ориентационными явлениями и (или) неравномерной усадкой детали в результате ее неравнотолщинности и неравномерного охлаждения. При этом детали из частично кристаллических ПМ (полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен) с большей усадкой, чем у аморфных ПМ (полистирол, АБС-пластики, полиметилметакрилат, поликарбонат), склонны к более существенным деформациям.

Причина возникновения

Способ устранения

Отпечатки от выталкивателей

Характерными внешними признаками этого дефекта являются белые изломы и наплывы точно в тех местах детали, где находились выталкиватели (рис. 7). Основной причиной этого является слишком большое контактное давление на поверхность детали в местах выталкивания из-за малой площади торцевой u1087 поверхности выталкивателей и больших усилий, требующихся для извлечения детали из литьевой формы. В зависимости от установленных конкретных причин описанных дефектов литьевой продукции из ПМ выбираются и соответствующие способы их предотвращения (см. таблицу).

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

Песчаные раковины – открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабого уплотнения формы и других причин.

Перекос –смещение одной части отливки относительно другой, возникающее в результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной установке стержня.

Недолив –некоторые части отливки остаются незаполненными в связи с низкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучести, недостаточным сечением элементов литниковой системы.

Усадочные раковины –открытые или закрытые пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением.

Возникают при недостаточном питании массивных узлов, нетехнологичной конструкции отливки, заливки перегретым металлом, неправильная установка прибылей.

Газовые раковины –открытые или закрытые пустоты с чистой и гладкой поверхностью, которая возникает из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщенности расплавленного металла газами.

Трещины горячие и холодные – разрывы в теле отливки, возникающие при заливке чрезмерно перегретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы, неправильной конструкции отливок, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней.

Методы обнаружения дефектов

Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром после извлечения отливки из формы или после очистки.

Внутренние дефекты определяют радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

При использовании радиографических методов (рентгенография, гаммаграфия) на отливки воздействуют рентгеновским или гамма-излучением. 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 отражения волны судят о наличие, размерах и глубине залегания дефекта.

Трещины выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.

Методы исправления дефектов

Незначительные дефекты исправляют заделкой замазками или мастиками, пропиткой различными составами, газовой или электрической сваркой.

Заделка замазками или мастиками – декоративное исправление мелких поверхностных раковин. Перед заполнением мастикой дефектные места очищают от грязи, обезжиривают. После заполнения исправленное место заглаживают, подсушивают и затирают пемзой или графитом.

Пропитывание применяют для устранения пористости. Отливки на 8…12 часов погружают в водный раствор хлористого аммония. Проникая в промежутки между кристаллами металла, раствор образует оксиды, заполняющий поры отливок.

Для устранения течи отливки из цветных металлов пропитывают бакелитовым лаком.

Газовую и электрическую сварку применяют для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины). Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках – электродами соответствующего состава.

Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.

Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии.

Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла, надежность работы изделия.

Высокая производительность обработки давлением, низкая себестоимость и высокое качество продукции привели к широкому применению этих процессов.

Классификация процессов обработки давлением

По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:

– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;

– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.

Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:

– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;

– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;

– затекание металла в полость инструмента – штамповка;

– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;

– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.

Технологические свойства

При выборе металла или сплава для изготовления изделия различными способами обработки давлением учитывается способность материала к данному методу обработки.

Ковкость – свойство металла изменять свою форму под действием ударов или давления, не разрушаясь.

Степень ковкости зависит от многих параметров. Наиболее существенным из них является пластичность, характеризующая способность материала деформироваться без разрушения. Чем выше пластичность материала, тем большую степень суммарного обжатия он выдерживает.

В условиях обработки металлов давлением на пластичность влияют многие факторы: состав и структура деформируемого металла, характер напряженного состояния при деформации, неравномерность деформации, скорость деформации, температура деформации и др. Изменяя те или иные факторы, можно изменять пластичность.

Состав и структура металла. Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности.

Характер напряженного состояния. Один и тот же материал проявляет различную пластичность при изменении схемы напряженного состояния. Схема всестороннего сжатия является наиболее благоприятной для проявления пластических свойств, так как при этом затрудняется межзеренная деформация и вся деформация протекает за счет внутризеренной. Появление в схеме растягивающих напряжений снижает пластичность. Самая низкая пластичность наблюдается при схеме всестороннего растяжения.

Неравномерность деформации. Чем больше неравномерность деформации, тем ниже пластичность. Неравномерность деформации вызывает появление дополнительных напряжений.

Скорость деформации. С повышением скорости деформации в условиях горячей деформации пластичность снижается. Имеющаяся неравномерность деформации вызывает дополнительные напряжения, которые снимаются только в том случае, если скорость разупрочняющих процессов не меньше скорости деформации.

Влияние температуры. Влияние температуры неоднозначно. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, с повышением температуры, становятся более пластичными. Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии. Для шарикоподшипниковых сталей пластичность практически не зависит от температуры.

Технологические испытания

Для оценки способности материала воспринимать определенную деформацию в условиях, максимально приближенных к производственным, служат технологические испытания. Такие оценки носят качественный характер. Они необходимы для определения пригодности материала для изготовления изделий по технологии, предусматривающей значительную и сложную пластическую деформацию.

Для определения способности листового материала толщиной до 2 мм выдерживать операции холодной штамповки (вытяжки) применяют метод испытания на вытяжку сферической лунки с помощью специальных пуансонов, имеющих сферическую поверхность. В процессе испытания фиксируется усилие вытяжки. Конструкция прибора предусматривает автоматическое прекращение процесса вытяжки в тот момент, когда усилие начинает уменьшаться (в материале появляются первые трещины). Мерой способности материала к вытяжке служит глубина вытянутой лунки.

Лист или ленту толщиной менее 4 мм испытывают на перегиб. Образец изгибают вначале влево или вправо на 90 0 , а затем каждый раз на 180 0 в противоположную сторону. Критерием окончания испытания является разрушение образца или достижение заданного числа перегибов без разрушения.

Проволоку из цветных и черных металлов испытывают на скручивание с определением числа полных оборотов до разрушения образцов.

Применяют также испытание на перегиб по схеме, аналогичной испытанию листового материала. Проводят пробу на навивание (ГОСТ 10447). Проволоку навивают плотно прилегающими витками на цилиндрический стержень определенного диаметра. Число витков должно быть в пределах 5…10. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие после навивания расслоения, отслаивания, трещин или надрывов как в основном материале образца, так и в его покрытии.

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА ДАВЛЕНИЕМ (ОМД)

Прокатка – это способ ОМД, при котором заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем (рис. 1). Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила и касательная сила трения .

Способы прокатки

Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за счет залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая.

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Заготовка втягивается в зазор между валками за сч¨т сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

При поперечной прокатке. Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.

При поперечно – винтовой прокатке. Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

Технологический процесс прокатки

Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки.

Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определ¨нной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном виде (с уменьшением сечения увеличивается теплоотдача, поэтому горячая обработка затруднена).

Основными технологическими операциями прокатного производства являются подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов включает удаление различных поверхностных дефектов (трещин, царапин, закатов), что увеличивает выход готового проката.

Нагрев слитков и заготовок обеспечивает высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры. Необходимо строгое соблюдение режимов нагрева.

Основное требование при нагреве: равномерный прогрев слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла в окалину и экономным расходом топлива.

Температуры начала и конца горячей деформации определяются в зависимости от температур плавления и рекристаллизации. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при температуре 1200…1150 0 С, а заканчивается при температуре 950…900 0 С.

Существенное значение имеет режим охлаждения. Быстрое и неравномерное охлаждение приводит к образованию трещин и короблению.

При прокатке контролируется температура начала и конца процесса, режим обжатия, настройка валков в результате наблюдения за размерами и формой проката. Для контроля состояния поверхности проката регулярно отбирают пробы.

Отделка проката включает резку на мерные длины, правку, удаление поверхностных дефектов и т.п. Готовый прокат подвергают конечному контролю.

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах.

Прокатный стан – комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Всякое нарушение технологии — это причина появления дефектов в отливках. Брак отливок даже на передовых заводах составляет 2–5 %, а иногда достигает 10–20 % количества выпускаемых отливок. В результате народное хозяйство терпит огромные убытки. В литейных цехах предусматривают специальные площадки брака, куда ежедневно поступают отливки с дефектами. Эти отливки тщательно осматривают и при участии мастеров, технологов и виновников брака анализируют причины его появления; здесь же определяют меры предупреждения дефектов, проверяют выполнение ранее намеченных мероприятий. Во всех литейных цехах проводят технологические и организационные мероприятия по изучению причин появления основных видов дефектов и их устранению.

Классификация дефектов отливок

Наиболее часто встречающиеся дефекты отливок можно разделить на четыре группы:

1) внешние дефекты, обнаруживаемые непосредственно на поверхности отливки (несоответствие размеров и массы заданным, спай, заливы, перекос, недолив и т.д.);

2) объемные дефекты, расположенные внутри отливки и нарушающие ее сплошность (горячие и холодные трещины, газовые и усадочные раковины и т.д.);

3) несоответствие химического состава и структуры отливки;

4) неудовлетворительные механические свойства.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК

Внешний осмотр отливок проводят в два приема: предварительно до очистки и отжига, а затем после окончательной очистки.

Химический состав отливок определяют методами химического или спектрального анализа. Пробой на химический и спектральный анализ служит обычно прилитый к отливкам образец или образец для механических испытаний.

Геометрические размеры отливок контролируют с помощью шаблонов, специальных приспособлений и по разметке на плите. Отклонения размеров не должны превосходить допускаемых.

Механические свойства отливок из серого чугуна контролируют, определяя предел прочности при растяжении и твердость по Бринеллю. При контроле ковкого чугуна определяют предел прочности при растяжении, относительное удлинение, твердость по Бринеллю и в некоторых случаях ударную вязкость. Для отливок из стали по выточенным из заготовки образцам определяют предел прочности при растяжении, относительное удлинение, сужение и твердость. Отливки из цветных сплавов испытывают на растяжение, удлинение и твердость.

Структуру металла отливок устанавливают при рассмотрении излома образцов или специально приготовленных образцов-шлифов невооруженным глазом (макроскопический анализ) или металлографическим микроскопом при увеличении от 100 до 500 раз (микроскопический анализ).

Дефекты в отливках (трещины, раковины, рыхлоты) можно обнаружить магнитным способом, просвечиванием рентгеновскими и гамма-лучами и испытаниями на герметичность.

Магнитный способ испытания основан на том, что предварительно намагниченную испытуемую отливку помещают между полюсами электромагнита или в магнитном поле соленоида, по которому пропускают ток. Если такую катушку передвигать вдоль намагниченной отливки, то при встрече ее с каким-либо дефектом (трещиной, раковиной) изменяется направление магнитного по тока и в витках катушки возникает ЭДС индукции, измеряемая гальванометром.

При другом магнитном способе обнаружения дефектов намагниченную отливку покрывают сухим порошком (метод порошка) или смачивают жидкой магнитной эмульсией (метод эмульсии). Мелкие отливки иногда помещают в ванну с магнитной эмульсией. Нанесенный на поверхность отливки порошок собирается в месте расположения скрытого дефекта и таким образом выявляет его границы. Затем отливку размагничивают.

Контроль отливок рентгеновскими лучами проводят с помощью специальных рентгеновских установок (рис. 169). Рентгеновская трубка представляет собой стеклянный сосуд, в котором создано остаточное давление. К электродам 1 и 2 присоединяют источник высокого напряжения 110–220 кВА. Трансформатор накала разогревает катод. Под действием электрического поля электроны с катода устремляются к аноду и создают колебания электронов на внутренних электронных оболочках атомов металла анода. В результате этих колебаний возникают короткие электромагнитные волны, называемые рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи с анода направляются на отливку 4. Внутренние дефекты 5 (трещины, раковины, рыхлоты) уменьшают фактическую толщину тела отливки (Н>Н1 + к,), через которую проходят рентгеновские лучи, поэтому и поглощение их разными частями отливки различно. Там, где лучи проходят через раковину или трещину, поглощаемость их отливкой будет меньше, поэтому на фотопластинке 6 местонахождение раковины, рыхлоты или трещины выявятся пятном, повторяющим очертание этого дефекта.

Просвечивание гамма-лучами позволяет обнаруживать внутренние дефекты в толстостенных отливках. Гамма- лучи образуются при излучении радиоактивных изотопов. Для просвечивания отливок наиболее распространены установки с радиоактивным Со, который, однако, обеспечивает качественные снимки только при контроле отливок толщиной более 30 мм.

Контроль отливки на герметичность проводят гидравлическим или воздушным испытанием. При гидравлическом испытании отверстия полости отливки закрывают пробками. В качестве жидкости применяют воду. Давление при гидравлическом испытании назначают в зависимости от условий работы детали. Наружная поверхность отливки должна быть сухой, иначе обнаружить следы течи невозможно.

При воздушном испытании внутрь отливки подают воздух под давлением, а отливку помещают в воду. Иногда поверхность отливки покрывают мыльным раствором; в случае течи на поверхности отливок появляются пузыри, указывающие место течи.

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

Несоответствие размеров отливки чертежу может быть следствием неправильно назначенной усадки при изготовлении модельного комплекта, а также неточной сборки формы. Этот дефект может быть устранен доводкой модельного комплекта, повышением точности сборки формы.

Несоответствие массы отливки заданной чертежом возникает чаще всего по тем же причинам, что и несоответствие размеров. Кроме того, увеличение массы возможно вследствие деформации формы при заливке ее жидким металлом.

Спай и недолив (рис. 170) в отливках образуются от неслившихся потоков металла, потерявших жидкотекучесть до заполнения всей формы. Такие потоки получаются при заливке формы недостаточно перегретым металлом через питатели малого сечения, при чрезмерно влажной формовочной смеси (в тонкостенных отливках) или недостаточной газопроницаемости формовочной смеси.

Заливы на отливке возникают обычно по разъему формы вследствие изношенности опок, их коробления, а также из-за плохого крепления формы.

Перекос в отливках образуется при небрежной сборке формы в результате смещения полуформы или неправильной центровке опок, из-за износа втулок и штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике. Отливка получается со смещенными частями.

Пригар — прочное соединение поверхности отливок с формовочной или стержневой смесью, образуется вследствие недостаточной огнеупорности формовочных материалов, их засоренности вредными примесями, плохого качества литейных красок, недостаточного уплотнения формы.

Ужимины — узкие и длинные вмятины в теле отливки, покрытые слоем металла, отделенного от тела отливки прослойкой формовочного материала. Они образуются обычно на плоских больших поверхностях отливок, особенно при сильном уплотнении сырых форм. Ужимины (рис. 171) появляются вследствие теплового воздействия жидкого металла на стенки формы, в результате чего поверхностные слои последней разогреваются и деформируются, образуя на отливке вмятину. Иногда деформации поверхностного слоя формы настолько велики, что поверхностная корочка ее отслаивается, образуется трещина, в которую попадает расплав.

Чтобы предотвратить образование ужимин, следует не переуплотнять форму, заливать ее металлом с заданной температурой, увеличивать скорость заливки металла, применять специальные проникающие покрытия, упрочняющие поверхность формы, исключающие по явление трещин в форме при прогреве металлом. Ужимины можно устранять нанесением рисок (в виде сетки пересекающихся линий) на поверхности формы ланцетом или выполнением специальных противоужимных ребер на модели. Риски уменьшают деформацию поверхности форм, препятствуют ее отслаиванию.

Горячие трещины возникают в отливках при высокой температуре заливаемого металла, повышенной усадке отливки, неправильной конструкции литниковой системы и прибылей, при плохой податливости стержня, формы, неправильной конструкции отливок, неравномерном охлаждении, вызывающем внутренние напряжения в отливке, а также при отклонениях химического состава металла от заданного. Горячие трещины имеют темную окисленную поверхность.

Холодные трещины могут быть следствием как неравномерной усадки отдельных частей отливки, так и просто механических повреждений при выбивке и очистке. Холодные трещины имеют светлую металлическую неокисленную поверхность. Для устранения холодных трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливки в тонких и утолщенных местах.

Газовые раковины — пустоты в теле отливки, имеющие чистую и гладкую поверхность. Они бывают открытые (наружные) или закрытые (внутренние) и возникают при чрезмерной газотворности и недостаточной газопроницаемости формовочной смеси, плохой вентиляции формы и стержня или неправильном ее устройстве, низкой температуре заливаемого металла, плохой просушенности формы и стержня, высоком содержании газов в металле, неправильном подводе металла и др. Устранение этих причин снижает возможность образования газовых раковин.

Обвал формы происходит в основном вследствие слабого уплотнения формы, недостаточной прочности формовочной смеси, а также неисправностей формовочного оборудования и сильных толчков и ударов по опоке во время сборки формы.

Песочные раковины возникают вследствие низкой прочности и влажности формовочной смеси, недостаточной поверхностной прочности стержня, слабого уплотнения и плохой продувки формы сжатым воздухом перед ее сборкой; кроме того, отдельные комочки и песчинки смываются струей металла во время заливки и заносятся в отливку. Этот брак можно устранить нормальным уплотнением формы, тщательной ее продувкой перед сборкой и тщательной отделкой литниковой воронки; не следует допускать длительного выстаивания формы перед заливкой.

Ш л а к о в ы е включения могут находиться внутри тела отливки или на поверхности. Шлаковые раковины (включения) всегда полностью или частично заполнены шлаком, попадающим в отливку во время заливки металла в форму. Они образуются вследствие недостаточно тщательной очистки расплава от шлака в ковше, низкой огнеупорности футеровки ковшей и неправильной конструкции литниковой системы.

Усадочные раковины возникают вследствие недостаточного питания массивных узлов отливки, нетехнологичной конструкции отливок, неправильной установки литников и прибылей, заливки чрезмерно перегретым металлом, а также повышенной усадки. Усадочные раковины имеют неправильную форму и шероховатую поверхность, большей частью окисленную (рис. 173, а).

Рыхлота и усадочная пористость в отливках образуются при недостаточном питании отливки жидким металлом в процессе кристаллизации (рис. 173, б), а также в утолщенных местах отливки. Для исключения местной рыхлоты рекомендуют в утолщенных местах отливки ставить холодильники, изменять конструкцию отливки, выравнивать толщину ее стенок.

Несоответствие химического состава металла отливок заданному может произойти вследствие неправильного взвешивания шихтовых материалов, смешивания различных сортов материалов, неправильного ведения процесса плавки. Чтобы устранить брак по химическому составу, необходимо контролировать исходные шихтовые материалы, строго соблюдать порядок их взвешивания, следить за ходом плавки, контролировать химический состав металла по ходу плавки.

СПОСОБЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ОТЛИВОК

Незначительные дефекты на неответственных поверхностях отливки могут быть исправлены. Для исправления дефектов в чугунных отливках применяют электросварку, металлизацию, газовую сварку, декоративное исправление замазками, пропитку различными составами и механическую заделку.

Холодной сваркой исправляют дефекты чугунных отливок — дуговым способом различными электродами: стальными, медными, медными с железной оболочкой, медно-никелевыми, а также специальными. Дефектные места, подлежащие заварке, разделывают пневматическими зубилами или высверливают. Правильно разделанная под заварку раковина должна иметь чашеобразную форму с отлогими стенками под углом 35–40° и открытым дном. Трещины следует вырубать на всю глубину. По сравнению со сталью свариваемость чугуна хуже. Значительная хрупкость, повышенная чувствительность к скорости охлаждения осложняют процесс сварки чугуна. Ввиду неравномерности нагрева при сварке завариваемое место имеет неоднородную структуру. При некачественной сварке в отливке возможно образование трещин и других дефектов в сварном шве и основном металле.

Сваркой чугунными электродами с подогревом исправляют дефекты, расположенные на обрабатываемых поверхностях чугунной отливки (раковины больших размеров, сквозные отверстия и трещины). Отливки нагревают медленно. Температуру нагрева отливки определяют с помощью контактной термопары. После заварки отливка должна охлаждаться медленно, чтобы место заварки не получило отбела.

Газовую сварку с общим подогревом отливок используют для отливок из серого чугуна, имеющих сложную конфигурацию и резкие переходы от тонкой к толстой части. Этот способ заварки гарантирует высокую прочность и плотность сварного соединения, а также однородность химического состава и механических свойств основного и наплавленного чугуна. Отливку нагревают перед заваркой до 700 °С для предупреждения появления трещин, напряжений и образования отбела в металле отливки.

В качестве присадочного материала применяют чугунные электроды диаметром 5–6 мм. Присадочный материал и места заварки нагревают пламенем газовой горелки. После заварки отливок для снятия напряжений их отжигают при 450–500 °С.

Декоративное исправление чугунных отливок замазками применяют для улучшения внешнего вида их в местах, не подвергающихся обработке резанием. Для приготовления замазок применяют эпоксидные смолы марок ЭД-5 и ЭД-6. После заполнения дефектного места замазкой и ее затвердевания замазку зачищают.

Для повышения герметичности чугунные отливки пропитывают раствором нашатыря, хлорного железа с железным суриком и натриевой селитрой и бакелитовым лаком под давлением 1–3 МПа. Наиболее распространена пропитка бакелитовым лаком, который после нагрева до 200 °С и медленного охлаждения становится непроницаемым для воды, бензина и масла. После пропитки отливки высушивают на воздухе в течение 2–3 ч.

Организация контроля качества

Контроль качества начинается с входного контроля материалов и комплектующих изделий, поступающих на завод. В литейных цехах входному контролю подвергают все шихтовые и формовочные материалы. Металлические материалы контролируют на содержание основных элементов и примесей, определяют наличие в них неметаллических включений; формовочные пески контролируют по влажности, зерновому составу и т. д. В соответствии с техническими условиями обязательно проверяют соответствие свойств глины, связующих добавок для формовочных и стержневых смесей.

При приготовлении формовочных и стержневых смесей проводят систематический контроль прочности (сырой и сухой), газопроницаемости, влажности, а для формовочных смесей также содержания пылевидной составляющей, глинистых и органических составляющих (потери при прокаливании), влияющих на пластические свойства, газопроницаемость и газотворную способность смесей.

При выплавке чугуна химический состав контролируют двумя способами: на вакуумном спектрометре (длительность анализа 3 мин) и путем определения углеродного эквивалента по кривой охлаждения чугунного образца (длительность 2,5 мин).

Температуру чугуна в плавильных печах контролируют оптическим пирометром, а также термопарой погружения с регистрацией показаний на самопишущем приборе. Температуру заливки контролируют, начиная с выпуска металла из раздаточной печи в первый ковш, и проверяют через каждые 2–5 ковшей, а на ответственных отливках (блок цилиндров, седла клапанов) в каждом ковше. Если температура ниже заданной, ковш возвращают в плавильное отделение и металл сливают обратно в печь для доводки по температуре, а если выше, то выдерживают до охлаждения его до заданной температуры.

Для определения механических свойств чугуна отливают пробы, из которых вырезают образцы.

Контроль температуры чугуна в ковшах, отбор проб на химический анализ, структуру, излом, механические свойства выполняет контролер, который фиксирует результаты в журнале.

При приемке отливок применяют два вида контроля: сплошной и выборочный. Сплошному контролю подвергают ответственные отливки: блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, шестерни, полуось заднего моста и т. д., а выборочному — другие менее ответственные отливки. Если при выборочном контроле хотя бы на одной отливке обнаружен критический дефект (раковина, трещина, неметаллические включения), то всю партию подвергают сплошному контролю.

Песчаные раковины–открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабого уплотнения формы и других причин.

Трещины горячие и холодные–разрывы в теле отливки, возникающие при заливке чрезмерно перегретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы, неправильной конструкции отливок, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней.

Методы обнаружения дефектов

Внутренние дефекты определяют радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

Трещины выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.

Методы исправления дефектов

Для устранения течи отливки из цветных металлов пропитывают бакелитовым лаком.

ЛЕКЦИЯ 11

Специальные способы литья

В современном литейном производстве все более широкое применение получают специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие.

Эти способы позволяют получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключают ее, что обеспечивает высокую производительность труда. Каждый специальный способ литья имеет свои особенности, определяющие области применения.

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы - процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчано-смоляных смесей.

Формовочную смесь приготовляют из мелкого кварцевого песка с добавлением термореактивных связующих материалов.

Технологические операции формовки при литье в оболочковые формы представлены на рис.6.1.

Металлическую модельную плиту 1 с моделью нагревают в печи до 200…250 0 C.

Затем плиту 1 закрепляют на опрокидывающемся бункере 2 с формовочной смесью 3 (рис. 6.1. а) и поворачивают на 180 0 (рис. 6.1.б). Формовочную смесь выдерживают на плите 10…30 секунд. Под действием теплоты, исходящей от модельной плиты, термореактивная смола в приграничном слое расплавляется, склеивает песчинки и отвердевает с образованием песчано-смоляной оболочки 4, толщиной 5…15 мм. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 6.1. в), излишки формовочной смеси осыпаются с оболочки. Модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера и прокаливается в печи при температуре 300…350°C, при этом смола переходит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели с помощью выталкивателей 5 (рис.6.1.г). Аналогичным образом получают вторую полуформу.

Для получения полной формы детали полуформы склеивают или соединяют другими способами (при помощи скоб).

Собранные формы для предохранения от коробления и преждевременного разрушения устанавливают в контейнеры 7 и засыпают чугунной дробью 8 (рис.6.1.д).

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, малую шероховатость поверхностей, снижает расход формовочных материалов (высокая прочность оболочек позволяет изготавливать формы тонкостенными) и объем механической обработки, является высокопроизводительным процессом.

В оболочковых формах изготавливают отливки массой 0,2…100 кг с толщиной стенки 3…15 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, металлорежущих станков.

Читайте также: