Дефект литья – это нежелательное нарушение процесса литья металла . Некоторые дефекты можно допустить, а другие можно исправить, в противном случае их необходимо устранить. Они разбиты на пять основных категорий: газовая пористость , дефекты усадки , дефекты материала формы , дефекты разливочного металла и металлургические дефекты . [1]
Понятия «дефект» и «« Нарушения непрерывности » относятся к двум конкретным и отдельным вещам в отливках. Дефекты определяются как условия в отливке, которые необходимо исправить или удалить, или же отливку необходимо отвергнуть. Непрерывности, также известные как «несовершенства», определяются как «перерывы в физическая непрерывность отливки». Следовательно, если отливка не идеальна, но все же полезна и находится в допустимых пределах, дефекты следует считать «несплошностями». [2]
Существует множество типов дефектов, возникающих по разным причинам. Некоторые решения определенных дефектов могут стать причиной другого типа дефектов. [3]
В отливках из песка могут возникнуть следующие дефекты . Большинство из них также происходят в других процессах литья.
Дефекты усадки могут возникнуть, когда стандартный исходный металл недоступен для компенсации усадки по мере затвердевания толстого металла . Дефекты усадки будут иметь неровный или линейный вид. Дефекты усадки обычно возникают либо в верхней, либо в нижней части отливки. [4] Дефекты усадки можно разделить на два типа: открытые дефекты усадки и закрытые дефекты усадки . Открытые усадочные дефекты открыты для атмосферы , поэтому по мере образования усадочной полости воздух компенсирует их. Существует два типа дефектов открытого воздуха: трубы и обрушенные поверхности . Трубы образуются на поверхности отливки и зарываются в отливку, а продолговатые поверхности представляют собой неглубокие полости, образующиеся на поверхности отливки. [5]
Закрытые усадочные дефекты, также известные как усадочная пористость , представляют собой дефекты, образующиеся внутри отливки. Внутри затвердевшего металла образуются изолированные лужи жидкости, которые называются горячими точками . Усадочный дефект обычно образуется в верхней части горячих точек. Им необходима точка зародышеобразования , поэтому примеси и растворенный газ могут вызвать закрытые дефекты усадки. Дефекты делятся на макропористость и микропористость (или микроусадку ), где макропористость можно увидеть невооруженным глазом, а микропористость — нет. [5] [6]
Газовая пористость – это образование пузырьков внутри отливки после ее охлаждения. Это происходит потому, что большинство жидких материалов могут содержать большое количество растворенного газа, а твердая форма того же материала не может, поэтому при охлаждении газ образует пузырьки внутри материала. [7] Газовая пористость может проявляться на поверхности отливки в виде пористости, или поры могут задерживаться внутри металла, [8] что снижает прочность в этой области. Азот , кислород и водород являются наиболее часто встречающимися газами при газовой пористости. [6] В алюминиевых отливках водород — единственный газ, который растворяется в значительных количествах, что может привести к пористости газообразного водорода . [9] Для отливок весом в несколько килограммов размер пор обычно составляет от 0,01 до 0,5 мм (от 0,00039 до 0,01969 дюйма). В более крупных отливках они могут достигать миллиметра (0,040 дюйма) в диаметре. [8]
Для предотвращения газовой пористости материал можно плавить в вакууме, в среде малорастворимых газов, например аргона [10] или углекислого газа [11] , или под флюсом, исключающим контакт с воздухом. Чтобы свести к минимуму растворимость газа, температуру перегрева можно поддерживать на низком уровне. Турбулентность при заливке жидкого металла в форму может привести к появлению газов, поэтому формы часто имеют обтекаемую форму, чтобы минимизировать такую турбулентность. Другие методы включают вакуумную дегазацию , промывку газом или осаждение. Осаждение включает реакцию газа с другим элементом с образованием соединения, которое образует окалину, которая всплывает наверх. Например, кислород можно удалить из меди , добавив фосфор ; В сталь можно добавлять алюминий или кремний для удаления кислорода. [7] Третий источник состоит из реакций расплавленного металла со смазкой или другими остатками в форме.
Водород образуется в результате реакции металла с влажностью или остаточной влагой в форме. Сушка формы может устранить этот источник образования водорода. [12]
Газовую пористость иногда бывает трудно отличить от микроусадки, поскольку полости микроусадки также могут содержать газы. Как правило, микропористость образуется, если отливка не поднимается должным образом или отливается материал с широким диапазоном затвердевания. Если ни одно из этих условий не соответствует действительности, то, скорее всего, пористость связана с образованием газа. [13]
Крошечные пузырьки газа называются порами, а более крупные пузырьки газа называются «дырявами» [14] или волдырями . Такие дефекты могут быть вызваны воздухом, вовлеченным в расплав, паром или дымом от литейного песка или другими газами из расплава или формы. (Вакуумные отверстия, вызванные усадкой металла (см. Выше), также можно условно называть «выбросами»). Правильные методы литья, включая подготовку расплава и проектирование пресс-форм, могут уменьшить возникновение этих дефектов. Поскольку они часто окружены оболочкой из прочного металла, обнаружить отверстия может быть трудно, поэтому требуется гармонический, ультразвуковой , магнитный или рентгеновский анализ (например, промышленная компьютерная томография ).
К дефектам заливочного металла относятся сбои в работе , холодные закрытия и включения . Неправильная обработка происходит, когда жидкий металл не полностью заполняет полость формы, оставляя незаполненную часть. Холодное закрытие происходит, когда два фронта жидкого металла не сплавляются должным образом в полости формы, оставляя слабое место. И то, и другое вызвано либо недостаточной текучестью расплавленного металла, либо слишком узким поперечным сечением. Повысить текучесть можно, изменив химический состав металла или повысив температуру разливки. Другая возможная причина – противодавление из-за неправильно вентилируемых полостей пресс-формы. [15]
Сбои в работе и холодные остановки тесно связаны между собой, и оба они связаны с замерзанием материала до того, как он полностью заполнит полость формы. Эти типы дефектов являются серьезными, поскольку область вокруг дефекта значительно слабее, чем предполагалось. [16] Литейные качества и вязкость материала могут быть важными факторами решения этих проблем. Текучесть влияет на минимальную толщину отлитого сечения, максимальную длину тонких сечений, тонкость отлитых деталей и точность заполнения краев формы. Существуют различные способы измерения текучести материала, хотя обычно они включают использование формы стандартной формы и измерение расстояния, на которое течет материал. На текучесть влияют состав материала, температура или диапазон замерзания, поверхностное натяжение оксидных пленок и, самое главное, температура заливки. Чем выше температура заливки, тем больше текучесть; однако чрезмерные температуры могут быть вредными, приводя к реакции между материалом и формой; в процессах литья, в которых используется пористый материал формы, материал может даже проникать в материал формы. [17]
Точка, в которой материал не может течь, называется точкой когерентности . Эту точку трудно предсказать при проектировании пресс-формы, поскольку она зависит от фракции твердого вещества, структуры затвердевших частиц и локальной скорости деформации сдвига жидкости. Обычно это значение находится в пределах от 0,4 до 0,8. [18]
Включение – это металлическое загрязнение шлаком , если оно твердое, или шлаком , если оно жидкое. Обычно это примеси в разливочном металле (обычно оксиды , реже нитриды , карбиды или сульфиды ), материал, эродированный из футеровки печи или ковша, или загрязнения из литейной формы. В конкретном случае алюминиевых сплавов важно контролировать концентрацию включений , измеряя их в жидком алюминии и принимая меры по поддержанию их на необходимом уровне.
Существует ряд способов снижения концентрации включений. Чтобы уменьшить образование оксидов, металл можно плавить под флюсом , в вакууме или в инертной атмосфере . В смесь можно добавить другие ингредиенты, чтобы окалина всплыла наверх, где ее можно будет снять перед заливкой металла в форму. Если это нецелесообразно, то можно использовать специальный ковш, который выливает металл снизу. Другой вариант – установка в литниковую систему керамических фильтров. В противном случае могут образоваться завихрители, которые закручивают жидкий металл при заливке, вытесняя более легкие включения в центр и не допуская их попадания в отливку. [19] [20] Если часть окалины или шлака попадает в расплавленный металл, это становится дефектом уноса .
В этой категории есть два дефекта: горячие разрывы и горячие точки . Горячие слезы, также известные какГорячие трещины [ 21] — это разрушения отливки, возникающие при ее остывании. Это происходит потому, что металл в горячем состоянии слаб, а остаточные напряжения в материале могут привести к разрушению отливки при охлаждении. Правильная конструкция пресс-формы предотвращает подобные дефекты. [3]
Горячие точки — это участки отливки, которые остывают медленнее, чем окружающий материал, из-за большего объема, чем окружающий его материал. Это вызывает аномальную усадку в этой области, что может привести к пористости и трещинам. Дефектов этого типа можно избежать, применяя правильные методы охлаждения или изменяя химический состав металла. [3] Дополнительными методами минимизации горячих разрывов являются не перегрев отливочного материала и повышение температуры формы. [22]
При литье под давлением наиболее распространенными дефектами являются сбои в работе и холодные замыкания . Эти дефекты могут быть вызваны холодными штампами, низкой температурой металла, загрязнением металла, отсутствием вентиляции или чрезмерным количеством смазки. Другими возможными дефектами являются газовая пористость, усадочная пористость, горячие разрывы и следы течения. Следы текучести — это следы, оставленные на поверхности отливки из-за плохой литографии, острых углов или чрезмерного количества смазки. [23]
Продольная лицевая трещина — это специализированный тип дефекта, который возникает только в процессах непрерывного литья . Этот дефект вызван неравномерным охлаждением, как первичным, так и вторичным , и включает такие качества расплавленной стали, как несоответствие химического состава спецификации, чистоты материала и однородности .
Литье в песчаные формы имеет множество дефектов, которые могут возникнуть из-за выхода из строя формы. Форма обычно выходит из строя по одной из двух причин: используется неправильный материал или неправильно утрамбована . [24]
Первый тип — это эрозия формы , то есть ее износ по мере заполнения формы жидким металлом. Этот тип дефекта обычно возникает только при отливках в песчаные формы, поскольку для большинства других процессов литья используются более прочные формы. Полученные отливки имеют неровности и излишки материала. Формовочный песок проникает в отливку металла и снижает пластичность , усталостную прочность и вязкость разрушения отливки. Это может быть вызвано слишком низкой прочностью песка или слишком высокой скоростью заливки. Скорость разлива можно снизить, изменив конструкцию литниковой системы и включив в нее более крупные направляющие или несколько литников. [24] [25] Родственным источником дефектов являются капли , при которых часть формовочного песка из формовочной формы падает в отливку, пока она еще находится в жидком состоянии. Это также происходит, когда форма неправильно утрамбована. [26]
Второй тип дефекта — прокалывание металла , возникающее при проникновении жидкого металла в формовочную смесь. Это приводит к шероховатой поверхности . Это вызвано слишком крупными частицами песка, отсутствием промывки формы или слишком высокими температурами заливки. [26] Альтернативная форма проникновения металла в форму, известная как прожилки , вызвана растрескиванием песка.
Если температура заливки слишком высока или используется песок с низкой температурой плавления , песок может сплавиться с отливкой. В этом случае поверхность отливки приобретает хрупкий, стеклянный вид. [26]
Бегство происходит , когда жидкий металл вытекает из формы из-за неисправности формы или опоки . [26]
Струпья —это тонкий слой металла, выступающий над отливкой. Их легко снять, и они всегда обнажаютпряжка внизу, представляющая собой углубление на поверхности отливки.Крысиные хвосты похожина пряжки, за исключением того, что они представляют собой тонкие линейные углубления и не связаны со струпьями. Еще один подобный дефектвыпадающие ,представляющие собой пряжки, которые возникают на вершине отливок из песка. Все эти дефекты носят визуальный характер и не являются поводом сдавать заготовку в брак.[27]Эти дефекты вызваны слишком высокими температурами заливки или недостаткомуглеродистогоматериала.[26]
Вздутие возникает , когда стенка формы прогибается по всей поверхности и вызвано неправильной трамбовкой формы. [26]
Пригар происходит при взаимодействии оксидов металлов с примесями в кварцевых песках. В результате частицы песка внедряются в поверхность готовой отливки. Избежать этого дефекта можно за счет снижения температуры жидкого металла, применения промывки форм и применения различныхдобавокв песчаную смесь.[28]
{{cite book}}: |last=имеет общее имя ( справка )