дефекты литья

Дефекты литья

В любом инженерном процессе дефекты литья - частое явление. Любой подход имеет определенные ограничения, которые приводят к дефектам. Вы можете добиться бездефектного литья с помощью правильного проектирования и формовки, но правила контроля и вмешательство человека являются причиной большинства дефектов. Мы можем уменьшить количество дефектов литья с помощью правильной помощи на рабочем месте.

В общем, хорошее литое изделие будет иметь некоторые недостатки. Поэтому литейный бизнес работает над уменьшением этих недостатков. Обнаружить эти дефекты могут такие методы неразрушающего контроля, как ультразвуковой, радиографический, магнитопорошковый, пробивка штампа и другие. Сегодня мы рассмотрим несколько типичных дефектов литья, их причины и способы устранения.

Виды дефектов литья

Различные факторы могут вызывать множество видов неисправностей. Некоторые способы устранения дефектов одного типа могут привести к возникновению проблем другого типа. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные типы дефектов литья, встречающиеся в процессах литья металлов.

дефекты литья
Дефекты литья при осевой усадке (Источник: данные о стали)

Дефекты усадочного литья

Усадка при затвердевании происходит при переходе металла из жидкого состояния в твердое, а термическая усадка - при охлаждении до комнатной температуры. Следовательно, при проектировании литых деталей учитываются припуски на усадку, чтобы обеспечить достижение требуемых размеров.

Например, литая сталь усаживается со скоростью 14 дюймов на фут, что приводит к грубому виду отливок. Допуски на усадку для различных металлов известны, и опытный проектировщик форм учтет их при изготовлении формы.

Усадка также может способствовать возникновению таких проблем в литых изделиях, как разрушение и протекание. Иногда эти дефекты можно увидеть на поверхности отливки и визуально определить с помощью красителей-пенетрантов или других неразрушающих методов. Внутренние дефекты отливки часто сложно обнаружить, и для их выявления требуется рентгеновское исследование или разрушающие испытания. Термин "дефекты открытой и закрытой усадки" относится к обоим типам проблем.

Открытый дефект усадочного литья

Трубы могут образоваться на поверхности и распространиться в тело отливки, если металл остывает и сжимается без достаточного количества жидкости, чтобы заполнить все отверстия. Аналогичным образом в исследовании поверхностные дефекты называются пещеристыми дефектами или раковинами, которые распространяются по поверхности. В обоих случаях дефекты подвергаются воздействию окружающей среды, а воздух заменяет расплавленный металл.

На последних стадиях затвердевания часто появляются трещины и разрывы. Их можно увидеть в местах резкого изменения концентрации напряжений, например, в тонком полотне, соединяющем две тяжелые части. Они также могут возникать в пухлых ячейках, где скапливается тепло, и при частичной предварительной вытяжке.

Литник, представляющий собой канал, через который машина заливает расплавленный металл в форму, является наиболее частым источником усадки. Металл дольше сжимается и застывает в определенных местах, например в более тяжелых частях формы, что снижает доступность исходного материала и увеличивает вероятность усадки, главным образом если литник слишком узкий для объема потока. Правильно подобранный литник, соединенный непосредственно с тяжелой секцией, может заполнить усадочное отверстие и обеспечить подачу материала, необходимого для противодействия усадке по мере остывания секции. Кроме того, использование закругленного, а не плоского или квадратного затвора на литнике может снизить вероятность появления дефектов.

Дефекты литья с закрытой усадкой

Пористость - один из самых распространенных дефектов в отливках. Дефекты образуются в результате захвата газов в расплавленном металле и усадки при охлаждении отливки. Наиболее частой формой пористости является усадочная пористость, которая обычно видна на поверхности литого компонента в виде крошечных отверстий или трещин. Хотя эти отверстия кажутся сферическими, они имеют угловатую форму и могут образовывать внутренние разветвленные трещины.

Такая усадка особенно характерна для толстых многоугольных деталей, когда металл остывает и затвердевает неравномерно. Пористость может возникать внутри отливки, не проявляясь на поверхности детали. Когда затвердевший металл окружает жидкий металл, расплавленный металл не может заполнить пространство за жидкостью по мере остывания и усадки, что приводит к появлению этого дефекта.

Профилактика

При использовании тонкого или конического литника расплавленный металл может распыляться, а не заливаться в полость. В этом случае часть заготовки начинает затвердевать до того, как она заполнит форму. Поток расплава в углубление должен быть как можно более равномерным, и в этом может помочь более заметный центральный литник или расположение нескольких литников.

В процессе используются стояки, чтобы гарантировать достаточное количество расплавленного материала для заполнения зазоров при застывании и усадке детали. Размер ребер должен быть таким, чтобы они застывали последними. Иногда для этого добавляют изоляцию.

Дефекты литья
Рис. Газовая пористость (Источник: Hadian, R. & Emamy, M. & Campbell, John. (2009). Модификация литого металломатричного композита Al-Mg 2 Si с помощью лития. Metallurgical and Materials Transactions B-process Metallurgy and Materials Processing Science - METALL MATER TRANS B. 40. 822-832. 10.1007/s11663-009-9251-1.)

Газовая пористость

Задержанный воздух и пары могут вызвать пористость на поверхности или внутри отливки. В отличие от твердой формы, расплавленный металл может удерживать большое количество растворенного газа, что приводит к газовой пористости. Как следствие, при охлаждении вещества образуются пузырьки газа. В процессе литья турбулентность может привести к появлению газов. Этот недостаток возникает, когда расплавленный металл заливается в форму слишком быстро.

Плохое удаление воздуха из форм и стержней и недостаточная сушка форм и стержней вызывают газовую пористость.

Дыроколы

Вне отливки или под поверхностью чешуйки наиболее вероятно наличие пузырей или пустот в чугуне с конкретным или уплотненным графитом, ковком чугуне и стальном литье.

Точечные отверстия могут образовываться как небольшими скоплениями, так и по всей площади, повреждая любую часть отливки. Иногда они становятся заметны только после механической обработки, хотя всегда видны невооруженным глазом.

Точечные отверстия могут выглядеть как узловатые пузырьки из голого металла или пузырьки с графитовой оболочкой или более обширные полости неправильной формы с последующим образованием шлаков или окислением.

Открытые отверстия

Эти отверстия видны на поверхности гипса, и их легче обнаружить, чем подземные отверстия.

Профилактика

Перед заливкой жидкости хорошая конструкция формы может уменьшить газовую пористость или ввести азот в алюминиевый сплав. Гипсование также может быть использовано для удаления крошечного количества пористости изнутри отливки. В этом случае отливка помещается в высокотемпературную печь и содержится в контейнере под давлением. Затем отливку нагревают в инертном газе, чаще всего аргоне, чтобы удалить пористые компоненты путем приложения изостатического давления.

Чтобы плавить металл в вакууме, в атмосфере с малорастворимыми газами или под флюсом, препятствующим контакту с воздухом, необходимо, во-первых, использовать отличные технологии флюсования и плавки. Во-вторых, увеличьте газопроницаемость более грубых песков с высокой проницаемостью. После этого увеличение проницаемости формы и стержня позволяет воздуху и газу выходить из полости формы. Наконец, высушите формы и стержни перед использованием, держите их сухими и снижайте температуру металла во время литья, чтобы увеличить скорость затвердевания.

Дефекты заливки металлического литья

Во время заливки металла в форму могут возникнуть дефекты. Неисправности при заливке металла относятся к одной из следующих категорий. Ошибки, холодные затворы и включения - распространенные дефекты заливки металла.

Холодный затвор

Холодный зазор - это дефект поверхности, который проявляется в виде линии или трещины на поверхности отливки с круглым краем. Этот дефект очевиден для человеческого глаза, и он вызывает брак отливки, приводя к образованию слабой зоны.

Потоки расплавленного металла, поступающие в форму из двух затворов, встречаются в месте соединения. Низкая температура в месте соединения может препятствовать плавлению, в результате чего струи затвердеют до плавления, что приведет к образованию холодного затвора.

Недостаточная текучесть расплавленного металла или плохо продуманная литниковая система - наиболее распространенная причина холодного закрытия. Самый простой способ избежать жесткого закрытия - сделать расплавленный металл более текучим. Для этого можно использовать различные способы. Во-первых, оптимизируйте литниковый механизм, чтобы уменьшить количество узких поперечных путей и сделать пути потока короткими. Во-вторых, чтобы избежать преждевременного застывания, повысьте температуру заливки. В-третьих, увеличьте газопроницаемость формы.

Ошибки

Холодное замыкание и пропуски имеют много общего. Ошибки происходят, когда жидкий металл слишком холодный, чтобы дотечь до краев полости формы, прежде чем застыть и затвердеть. Жидкий металл не заполняет камеру формы. Пропуски - это части формы, а форма не заполняет ее.

Преждевременное затвердевание происходит по тем же причинам, что и холодное закрытие. Проверьте конструкцию пресс-формы, литниковую систему и текучесть расплавленного металла, если у вас возникают ошибки.

Холодные выстрелы

Твердые шарики могут образоваться, если жидкость разбрызгивается во время заливки. Эти глобулы попадают в отливку, когда застывают. При этом образуются холодные следы, похожие на шарик, каплю или жемчужину, которые соединяются только с металлом.

Рассмотрите возможность изменения процесса розлива для снижения турбулентности и изменения конструкции затворной системы для снижения скорости вращения затвора, чтобы избежать разбрызгивания и холодных выстрелов.

Включение

На поверхности отливки можно заметить эти неровные металлические корочки. Толщина корочек составляет всего несколько сантиметров, но они видны невооруженным глазом. Острые края, неправильные формы и сильная связь с отливкой - общие характеристики.

Струпья и крысиные хвосты тесно связаны между собой и часто встречаются вместе. При этом процессе обычно удаляются струпья, обнажая крысиный хвост. Когда расплавленный металл, содержащий частицы шлака, впрыскивается в полости формы и затвердевает, происходит включение шлака.

Избежать включения шлака можно с помощью простого изменения. Перед тем как поместить расплавленный металл в полость формы, удалите все частицы шлака.

Шлак можно удалить, обработав его флюсом в вакууме или инертной среде. Кроме того, можно добавить в смесь химические вещества, которые заставят шлак всплыть на поверхность, где его будет легко обнаружить и удалить перед заливкой. В качестве альтернативы можно использовать специальный ковш, который наливает металл снизу. Наконец, полезным может оказаться включение керамического фильтра в литниковую систему.

Металлургические дефекты (Источник: Машинини, П. М. (2010). Технологическое окно для сварки трением с перемешиванием 3 мм титана (Ti-6Al-4V).

Дефекты металлургического литья

Этот вид дефектов литья распространен в технике стального литья. В основном встречаются два металлургических типа дефектов.

Горячие слезы

Трещины выглядят как неровные трещины, расположенные в виде разветвлений. Вы можете заметить, что некоторые трещины видны без увеличения, в то время как другие могут потребовать его. По мере остывания отливки к концу затвердевания появляются трещины.

Горячие разрывы возникают, если металл формы недостаточно прочен, чтобы выдержать растягивающие напряжения во время затвердевания. Плохая конструкция пресс-формы является основной причиной горячих разрывов. Вы можете эффективно решить эти проблемы, модифицировав форму для повышения ее разборности.

Трудные места

Горячие точки - это области, которые труднее, чем остальная часть региона. Это происходит потому, что они охлаждаются быстрее, чем окружающий материал. Трудные участки могут затруднять обработку и приводить к повышенному износу инструмента.

Горячие пятна - прямое следствие недостаточного охлаждения. Если горячие пятна вызывают у вас беспокойство, есть два варианта. Прежде всего, измените технику охлаждения. Во-вторых, рассмотрите возможность изменения химического состава металла.

Оставить комментарий

ru_RURussian