Дефект литья — это нежелательная нерегулярность в процессе литья металла . Некоторые дефекты можно допустить, другие можно исправить, в противном случае их необходимо устранить. Они делятся на пять основных категорий: газовая пористость , дефекты усадки , дефекты материала формы , дефекты заливки металла и металлургические дефекты . [1]
Термины «дефект» и «« разрыв » относится к двум конкретным и отдельным вещам в литье. Дефекты определяются как состояния в литье, которые должны быть исправлены или удалены, или литье должно быть забраковано. Разрывы, также известные как «несовершенства», определяются как «нарушения физической непрерывности литья». Поэтому, если литье не идеально, но все еще пригодно и находится в пределах допуска, несовершенства следует считать «разрывами». [2]
Существует много типов дефектов, которые возникают по разным причинам. Некоторые решения для определенных дефектов могут быть причиной другого типа дефекта. [3]
При литье в песчаные формы могут возникнуть следующие дефекты . Большинство из них встречаются и в других процессах литья.
Дефекты усадки могут возникнуть, когда стандартный металл подачи недоступен для компенсации усадки по мере затвердевания толстого металла . Дефекты усадки будут иметь зубчатый или линейный вид. Дефекты усадки обычно возникают либо в верхней, либо в нижней части отливки. [4] Дефекты усадки можно разделить на два разных типа: открытые дефекты усадки и закрытые дефекты усадки . Открытые дефекты усадки открыты для атмосферы , поэтому по мере образования усадочной полости воздух компенсирует их. Существует два типа дефектов открытого воздуха: трубы и впадины на поверхности . Трубы образуются на поверхности отливки и проникают в отливку, в то время как впадины на поверхности представляют собой неглубокие полости, которые образуются по всей поверхности отливки. [5]
Закрытые дефекты усадки, также известные как усадочная пористость , являются дефектами, которые образуются внутри отливки. Изолированные лужицы жидкости образуются внутри затвердевшего металла, которые называются горячими точками . Дефект усадки обычно образуется в верхней части горячих точек. Им требуется точка зарождения , поэтому примеси и растворенный газ могут вызывать 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 удерживать большое количество растворенного газа, но твердая форма того же материала не может, поэтому газ образует пузырьки внутри материала по мере его охлаждения. [7] Газовая пористость может проявляться на поверхности отливки как пористость или пора может быть захвачена внутри металла, [8] что снижает прочность в этой области. Азот , кислород и водород являются наиболее часто встречающимися газами в случаях газовой пористости. [6] В алюминиевых отливках водород является единственным газом, который растворяется в значительных количествах, что может привести к водородной газообразной пористости . [9] Для отливок весом в несколько килограммов поры обычно имеют размер от 0,01 до 0,5 мм (от 0,00039 до 0,01969 дюйма). В более крупных отливках они могут быть до миллиметра (0,040 дюйма) в диаметре. [8]
Чтобы предотвратить газовую пористость, материал можно расплавить в вакууме, в среде малорастворимых газов, таких как аргон [10] или углекислый газ [11] , или под флюсом, который предотвращает контакт с воздухом. Чтобы минимизировать растворимость газа, температуру перегрева можно поддерживать низкой. Турбулентность от заливки жидкого металла в форму может приводить к появлению газов, поэтому формы часто обтекаются, чтобы минимизировать такую турбулентность. Другие методы включают вакуумную дегазацию , продувку газом или осаждение. Осаждение включает реакцию газа с другим элементом для образования соединения, которое образует шлак, всплывающий наверх. Например, кислород можно удалить из меди , добавив фосфор ; алюминий или кремний можно добавить в сталь 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 трудно отличить от микроусадки, поскольку микроусадочные полости также могут содержать газы. В общем, микропористость образуется, если отливка не была должным образом поднята или если отлит материал с широким диапазоном затвердевания. Если ни один из этих случаев не имеет места, то, скорее всего, пористость вызвана образованием газа. [13]
Крошечные газовые пузырьки называются пористостью, но более крупные газовые пузырьки называются газовыми раковинами [14] или волдырями . Такие дефекты могут быть вызваны воздухом, вовлеченным в расплав, паром или дымом из литейного песка или другими газами из расплава или формы. (Вакуумные отверстия, вызванные усадкой металла (см. выше), также могут свободно называться «воздушными раковинами»). Правильные методы литья, включая подготовку расплава и проектирование формы, могут уменьшить возникновение этих дефектов. Поскольку они часто окружены коркой из прочного металла, газовые раковины может быть трудно обнаружить, требуя гармонического, ультразвукового , магнитного или рентгеновского (например, промышленного КТ ) анализа.
Дефекты заливки металла включают в себя ошибки , холодные закрытия и включения . Ошибка происходит, когда жидкий металл не полностью заполняет полость формы, оставляя незаполненную часть. Холодные закрытия происходят, когда два фронта жидкого металла не сплавляются должным образом в полости формы, оставляя слабое место. Оба вызваны либо отсутствием текучести в расплавленном металле, либо слишком узкими поперечными сечениями. Текучесть можно увеличить, изменив химический состав металла или увеличив температуру заливки. Другая возможная причина — обратное давление из-за неправильно вентилируемых полостей формы. [15]
Неправильные запуски и холодные закрытия тесно связаны, и оба включают замерзание материала до того, как он полностью заполнит полость формы. Эти типы дефектов являются серьезными, поскольку область вокруг дефекта значительно слабее, чем предполагалось. [16] Литейные свойства и вязкость материала могут быть важными факторами при этих проблемах. Текучесть влияет на минимальную толщину сечения, которое может быть отлито, максимальную длину тонких сечений, тонкость отлитых деталей и точность заполнения краев формы. Существуют различные способы измерения текучести материала, хотя обычно это подразумевает использование стандартной формы формы и измерение расстояния, на которое течет материал. Текучесть зависит от состава материала, температуры или диапазона замерзания, поверхностного натяжения оксидных пленок и, что наиболее важно, температуры заливки. Чем выше температура заливки, тем выше текучесть; однако чрезмерные температуры могут быть пагубными, 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 твердой фракции, структуры затвердевших частиц и локальной скорости деформации сдвига жидкости. Обычно это значение колеблется от 0,4 до 0,8. [18]
Включение — это загрязнение металла окалиной , если она твердая, или шлаком , если жидкая. Обычно это примеси в разливаемом металле (обычно оксиды , реже нитриды , карбиды или сульфиды ), материал, который вымывается из футеровки печи или ковша, или загрязняет форму. В конкретном случае алюминиевых сплавов важно контролировать концентрацию включений , измеряя их в жидком алюминии и принимая меры для поддержания их на требуемом уровне.
Существует ряд способов снижения концентрации включений. Чтобы уменьшить образование оксидов, металл можно расплавить с помощью флюса , в вакууме или в инертной атмосфере . В смесь можно добавить другие ингредиенты, чтобы окалина всплыла наверх, где ее можно снять перед заливкой металла в форму. Если это непрактично, можно использовать специальный ковш, который разливает металл снизу. Другой вариант — установить керамические фильтры в литниковую систему. В противном случае можно сформировать вихревые затворы, которые завихряют жидкий металл по мере его заливки, выталкивая более легкие включения в центр и не допуская их попадания в отливку. [19] [20] Если часть окалины или шлака складывается в расплавленный металл, то это становится дефектом уноса .
В этой категории есть два дефекта: горячие разрывы и горячие пятна . Горячие разрывы, также известные какгорячие трещины [21] — это дефекты в отливке, возникающие при ее охлаждении. Это происходит из-за того, что металл слаб, когда он горячий ,и остаточные напряжения в материале могут привести к разрушению отливки при ее охлаждении. Правильная конструкция формы предотвращает этот тип дефекта. [3]
Горячие точки — это участки отливки, которые остыли медленнее, чем окружающий материал, из-за большего объема, чем его окружение. Это вызывает аномальную усадку в этой области, что может привести к пористости и трещинам. Такого типа дефекта можно избежать с помощью надлежащих методов охлаждения или путем изменения химического состава металла. [3] Дополнительные методы минимизации горячих разрывов — не перегревать отливку и повышать температуру формы. [22]
При литье под давлением наиболее распространенными дефектами являются ошибки запуска и холодные затворы . Эти дефекты могут быть вызваны холодными штампами, низкой температурой металла, грязным металлом, отсутствием вентиляции или избыточной смазкой. Другие возможные дефекты — это газовая пористость, усадочная пористость, горячие разрывы и следы течи. Следы течи — это следы, оставленные на поверхности отливки из-за плохого литникового управления, острых углов или избыточной 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 в себя такие качества расплавленной стали, как химический состав, не соответствующий спецификации, чистота материала и однородность .
Литье в песчаные формы имеет много дефектов, которые могут возникнуть из-за поломки формы. Форма обычно выходит из строя по одной из двух причин: используется неправильный материал или она неправильно утрамбована . [24]
Первый тип — это эрозия формы , которая представляет собой износ формы по мере того, как жидкий металл заполняет форму. Этот тип дефекта обычно встречается только при литье в песчаные формы, потому что большинство других процессов литья имеют более прочные формы. Полученные отливки имеют грубые пятна и избыток материала. Формовочный песок внедряется в литейный металл и снижает пластичность , усталостную прочность и трещиностойкость отливки. Это может быть вызвано песком со слишком низкой прочностью или слишком высокой скоростью заливки. Скорость заливки можно уменьшить, перепроектировав литниковую систему для использования более крупных литников или нескольких литников. [24] [25] Связанным источником дефектов являются капли , при которых часть формовочного песка из крышки падает в отливку, пока она еще жидкая. Это также происходит, когда форма неправильно утрамбована. [26]
Второй тип дефекта — проникновение металла , которое происходит, когда жидкий металл проникает в формовочный песок. Это приводит к шероховатой поверхности . Это вызвано слишком крупными частицами песка, отсутствием промывки формы или слишком высокой температурой заливки. [26] Альтернативная форма проникновения металла в форму, известная как прожилки, вызвана растрескиванием песка.
Если температура заливки слишком высокая или используется песок с низкой температурой плавления , то песок может пристать к отливке. Когда это происходит, поверхность полученной отливки имеет хрупкий, стекловидный вид. [26]
Вытекание происходит , когда жидкий металл вытекает из формы из-за дефекта формы или опоки . [26]
Корки —это тонкий слой металла, который возвышается над отливкой. Их легко удалить, и они всегда открываютпряжка снизу, представляющая собой углубление на поверхности литья.Rattails похожи на пряжки, за исключением того, что они представляют собой тонкие линейные углубления и не связаны со струпьями. Другой похожий дефект—pulldown s, которые представляют собой складки, возникающие в верхней части литья в песчаные формы. Все эти дефекты носят визуальный характер и не являются причиной для брака заготовки.[27]Эти дефекты вызваны слишком высокими температурами заливки или дефицитомуглеродистогоматериала.[26]
Вздутие происходит , когда стенка формы прогибается по всей поверхности, и вызвано неправильной трамбовкой формы. [26]
Пригар происходит, когда металлические оксиды взаимодействуют с примесями в кварцевых песках. В результате частицы песка внедряются в поверхность готовой отливки. Этого дефекта можно избежать, снизив температуру жидкого металла, используя промывку формы и используя различныедобавкив песчаную смесь.[28]
{{cite book}}: |last=имеет общее название ( помощь )