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 (σл ) превышают предел прочности материала (σвр ), т.е. σл ≥ σвр. 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 σлпревышают предел текучести материала σт и не превышают предел прочности материала σвр, т.е σт ≤ σл <σвр | |
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:
- 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;
- 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.