Методы обнаружения дефектов

Недоливы и спаи (рис. 18Л)

Недолив (рис. 18Л, а) -. неполное образование отливки вследствие незаполнения полости литейной формы расплавленным металлом Спаи (рис. 18Л, б)- это сквозные или поверхностные углубления и щели с закругленными краями. Недоливы и спаи образуются в связи с низкой температурой заливки расплавленного металла, недостаточной его жидкотекучести, малым сечением элементов литниковой системы, медленным заполнением литейной формы или перерывами в заливке металла, . .

Рис. 18Л Недоливы и спаи в отливке 1- недолива; 2- поверхностные спаи; 3- сквозной спай

2. Усадочная раковина (рис. 19Л) –дефект в виде крупной открытой или скрытой полости, расположенной в части отливки, которая затвердевала последней

Рис. 19Л Усадочная раковина в отливке 1 – расплав; 2 – затвердевшая корка; 3 – затвердевший промежуточный слой; 4 – затвердевшая сердцевина; 5 – усадочная раковина Образование усадочной раковины. После попадания расплава 1 в полость литейной формы (рис. 19Л, а) он начинает отдавать тепло её стенкам, в результате чего в зоне контакта образуется затвердевшая корка 2 (рис. 19Л, б), которая содержит внутри себя оставшуюся часть расплава 1. В результате затвердевания и охлаждения происходит объёмная усадка корки 2, вызывающая уменьшение толщины её стенок и дна и, соответственно, увеличение объёма внутренней полости, приводящего к понижению уровня заключённой в ней оставшейся части расплава 1 (рис. 19Л, б). После этого застывает промежуточный слой 3 (рис. 19Л, в), приводя к новому понижению уровня оставшейся части расплава. Поскольку процессы затвердевания, усадки и понижения уровня расплава идут непрерывно, то в момент окончательного застывания сердцевины 4 (рис. 19Л, г) формируется характерная вогнутая поверхность усадочной раковины 5.

3. Усадочная пористость (рис. 20Л) –наличие межкристаллических пустот в частях отливки, затвердевающих последними.

Рис. 20Л Усадочная пористость в отливке

1- расплав; 2- ячейки с жидкой фазой; 3- кристаллы твердой фазы. Срастание кристаллов 3 приводит к образованию ячеек, заключающих в себе остатки жидкой фазы 2. Затвердевание жидкости в ячейках происходит без доступа к ней расплава 1. В результате усадки при кристаллизации остатков жидкой фазы 2 образуется межзеренные микроусадочные раковины, располагающиеся по границам зерен.

Усадочные раковины и пористость нарушают сплошность отливки и снижают её прочность.

Причина образования усадочной раковины и усадочной пористости:

- недостаточная подпитка твердеющего металлов жидким металлом.

- неравномерное распределение температуры по объему отливки и, следовательно, неравномерная усадка различных частей отливки при охлаждении.

Способы предотвращения образования усадочной раковины и усадочной пористости (рис. 21Л).

Предотвращение усадочных дефектов осуществляют тремя способами:

1- подпитка твердеющего металлов жидким металлом;

2- выравнивание температуры по объему отливки;

3- комбинированный способ, сочетающий два предыдущих

Внешний вид отливки после удаления литниковой системы, прибылей и внешних холодильников

Первый способ заключается в непрерывном подводе расплавленного металла к наиболее массивным частям отливки, застывающим последними, с помощью прибылей (рис. 21Л, а), в которых расплав должен застывать уже после того, как застынут эти массивные части. Соответственно, усадочные раковины и пористость будут образовываться не в отливке, а в подлежащих удалению прибылях 1 и 2. Второй способ заключается в выравнивании скоростей затвердевания массивных и тонких частей отливок с помощью установки в места образования массивных частей специальных холодильников, которые могут быть как внешние (наружные) 3, так и внутренние 4 (рис. 21Л, б). Металлические холодильники обладают высокими теплопроводностью и теплоёмкостью, позволяющими отводить теплоту от массивных частей отливки значительно интенсивнее, чем менее теплопроводный формовочный материал. Внешние холодильники 3 отымаются от отливки после ее извлечения из литейной формы. Внутренние холодильники 4 (рис. 21Л, б) изготавливают из того же сплава, что и отливку, и устанавливают внутрь полости формы, образующей массивную часть отливки. При заполнении формы расплавом внутренние холодильники частично расплавляются и свариваются с основным металлом. Третий способ заключается в совместном использовании прибылей и холодильников ((рис. 21Л, в)

Рис. 21Л Способы предотвращения образования усадочной раковины и усадочной пористости а- использование прибылей; б использование холодильников; в- использование прибылей с холодильниками 1 – верхняя открытая прибыль; 2 – боковая закрытая прибыль; 3 – внешний холодильник; 4 – внутренний холодильник; 5- концентрированная усадочная раковина; 6- литниковая система для заливки расплавленного металла в полость литейной формы

4. Трещины (рис. 22Л) – разрывы или несплошности в теле отливки.

Трещины возникают когда литейные напряжения (σ_л) превышают предел прочности материала (σ_вр), т.е. σ_{л ≥}σ_вр. Литейные напряжения складываются из внешних и внутренних(собственных) напряжений. С момента начала затвердевания расплава развивается усадка, приводящая к уменьшению объёма и размеров отливки, которая начинает сжимать охватываемые ею элементы литейной формы. Выступающие части формы и стержни препятствуют свободной усадке отливки, вызывая в ней внешние напряжения. Но препятствовать усадке могут не только элементы литейной формы, но и те части отливки, которые затвердели раньше соседних вследствие неравномерного распределения температур по объему оливки. Это приводит к возникновению внутренних (собственных) напряжений, т.е напряжений образующихся без приложения внешней нагрузки.

Рис. 22Л Трещины

По температуре образования различают горячие и холодные трещины. Горячие трещины возникают при высоких температурах ( в интервале температур кристаллизации), когда металл находится в твердо-жидком состоянии и обладает минимальной прочностью. Холодные трещины образуются при низких температурах и могут возникать в течение нескольких суток после получения отливки.

Причины образования:

- возникновение собственных напряжений вследствие неравномерного распределения температуры по объему отливки;

- силовое взаимодействие отливки и формы;

- наличие в материале вредных примесей (сера, фосфор), газов (кислород, водород), неметаллических включений (концентраторы напряжений);

- неправильное конструкционное оформление отливки, приводящее к появлению концентраторов напряжений.

Способы предотвращения:

- уменьшить неравномерность распределения температуры по объему отливки (подогрев литейной формы, использование холодильников);

- обеспечение свободной усадки отливки в форме (повышение податливости литейной формы, устранение причин, препятствующих свободной усадке отливки в литейной форме);

- снижение в материале концентрации вредных примесей, газов, неметаллических включений.

- назначение радиусов скруглений (галтелей) в отливках, исключение резких переходов от толстых сечений к тонким (рис. 23Л).

Рис. 23Л Технологичность отливок (раздел трещины)

а – нетехнологично б – технологично (исключены резкие переходы от толстых сечений к тонким)

5. Коробление (рис. 24Л)– изменение размеров и контуров отливки.

	Коробление возникает, когда литейные напряжения σ_лпревышают предел текучести материала σ_ти не превышают предел прочности материала σ_вр, т.е σ_т≤ σ_л <σ_вр
Рис. 24Л Коробление а – деталь без коробления; б- деталь после коробления

Причины образования:

- возникновение собственных напряжений и силовое взаимодействие отливки и формы

- неправильное конструктивное оформление отливки, которое снижает её жёсткость.

Способы предотвращения:

- обеспечение свободной усадки отливки в форме (повышение податливости литейной формы, устранение причин, препятствующих свободной усадке отливки в литейной форме;

- обеспечение равностенности. отливки и использование ребер жесткости (рис. 25Л,)

	а – нетехнологично, б – технологично (обеспечение равностенности отливки)
Рис. 25Л Технологичность отливок (раздел коробление)	в - нетехнологично, г - технологично (используются ребра жесткости)

6. Газовые раковины (рис. 26Л)– пустоты с чистой и гладкой поверхностью, расположенные на поверхности или в теле отливки.

Причины образования: - содержание влаги в формовочной и стержневой смесях; - низкая газопроницаемость литейной формы и стержня; - повышенное содержание газов в металлах, заливаемых в литейную форму. Способы предотвращения: - прокалка формовочных и стержневых смесей; - нанесение наколов в литейной форме и каналов для выхода газов в стержнях; - вакуумирование расплава перед заливкой в литейную форму.

Рис. 26Л Газовые раковины в теле отливки

7. Песчаные раковины (рис. 27Л)– пустоты, расположенные на поверхности или в теле отливки и частично или полностью заполненные формовочной или стержневой смесью.

Причины образования: - недостаточная прочность формовочной или стержневой смеси; - слабая набивка формы и стержней; - недостаточная величина галтели (радиуса скругления) отливки, отсутствие или недостаточная величина литейных уклонов.

Рис. 27Л Песчаные раковины, расположенные на поверхности отливки

8. Шлаковые включения - пустоты, расположенные на поверхности или в теле отливки и частично или полностью заполненные шлаком.

Причины образования:

- низкая температура заливки расплавленного металла, препятствующая отделению шлака от металла в ковше и литниковой системе;

- отсутствие шлакоуловителей.

9. Пригар – слой формовочной или стержневой смеси , приварившийся к поверхности отливки.

Причины образования:

- чрезмерно высокая температура заливки расплавленного металла;

- недостаточная огнеупорность формовочной или стержневой смеси.

10. Перекос – смещение одной части отливки относительно другой

Причины образования:

- неточность сборки литейной формы;

- износ центрирующих стержней

Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром после извлечения отливки из формы или после очистки.
Внутренние дефекты определяют радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.