Таблица типичные дефекты при опиливании металла

В современной металлургии существует несколько классификаций брака при литье.

В зависимости от степени изменения и возможности исправления виды дефектов подразделяют на:

• Условный брак. Отливка имеет недостатки, которые не ухудшают ее рабочие качества. Отливка идет в дальнейшую обработку
• Исправимый брак. Дефекты существенны, но поддаются коррекции тем или иным производственным способом. Например, наплавкой. После исправления брака литья деталь также идет в дальнейшую обработку.
• Окончательный брак. Ремонту не подлежит, поскольку это невыполнимо или очень дорого.

Дефекты литья также делятся по месту их обнаружения. Брак при литье, обнаруженный внутри участка называют внутренним.

Внутренний брак литья

  Какой песок для пескоструйного пистолета использовать

Если же дефект обнаружен при дальнейшей обработке — это внешний брак. По внешнему проявлению различают следующие основные виды дефектов отливок:

Пригар

Это слой формовочных материалов, спекшихся с металлом, прочно присоединенный к поверхности отливки.

Приливы

Это увеличение размеров отливок, не предусмотренное проектом. Разделяются на

• Заливы.- Возникают по линии стыковки частей формы. Возникают из-за несоблюдения размеров моделей и некачественным соединением частей опок
• Подутость, или распор — получаются из-за давления расплава на рыхлую смесь.
• Нарост возникает вследствие размыва формы потоком расплава при заливке.
• Просечки (гребешки, заусенцы) возникают из-за попадания расплава в повреждения формы или стержня.

Дефекты поверхности

Дефекты при литье часто проявляется в виде пороков поверхности. Сюда относятся

Внешние дефекты литья

• Засоры. Массы зерен земли или шлаков. Вызваны ошибками в проектировании форм, непродуманным расположением литников, несоблюдением технологии складирования и перевозки опок.
• Ужимины возникают при сырой формовке, когда слой земли разрывается в месте конденсации жидкости и в образовавшуюся пустоту затекает расплав.
• Спаи, или неслитины, возникают в зоне контакта слоев охладившегося расплава. Из-за недостаточной температуры эти потоки не могут правильно сплавиться.
• Плены возникают при окислении легирующих добавок.
• Морщинистость, или складчатость, заключается в появлении на поверхности разнонаправленных складок из-за скопления значительных объемов углерода.
• Выпот выглядит как большое количество лопнувших пузырьков и вызывается взрывообразным выделением скоплений графита
• Корольки — дефекты, вызванные разбрызгиванием расплава во время заливки. Шарик металла кристаллизуется и не сплавляется с отливкой.
• Коробление отливки возникает вследствие внутренних напряжений из-за неравномерного остывания

Трещины

Еще один часто встречающийся порок литья — это трещины. Они бывают:

Трещины — деффект литья

• Горячие. Возникают при температуре кристаллизации из-за усадочных напряжений. Приобретают неровный вид.
• Холодные. Возникают при более низких температурах, имеют ровный, прямой профиль.
• Межкристаллические. Свойственны легированным сталям в зонах неметаллических включений.

Газовые дефекты

• Ситовидная пористость — это множество мелких пузырьков в теле детали
• Газовые раковины – каверны большего размера, возникшие из-за выхода и объединения мелких пузырьков.

Изменение структуры металла

Встречается при отливке чугуна, на поверхности детали формируется тонкое включение чугуна другого вида.

Внутренние дефекты

Усадочная пористость

Усадочные пороки возникают ввиду сжатия металла при смене им фазового состояния с жидкого на твердое.

Брак литья

Короблением называется изменение размеров и контуров отливки под влиянием усадочных напряжений.

Причинами этого вида брака могут быть нерациональность конструкции отливки (например, разностенность), что приводит к образованию внутренних напряжений; неправильный подвод металла, ухудшающий равномерность его остывания; неправильные состав или температура заливаемого металла, вызывающие чрезмерную усадку; неправильный режим охлаждения отливки и недостаточная податливость формы и стержней.

Газовыми раковинами называются пустоты, расположенные на поверхности или внутри отливки. Форма раковины сферическая или округленная, поверхность гладкая блестящая. Раковины могут быть одиночными или расположенными гнездами различного объема. Раковины обнаруживают в большинстве случаев при механической обработке.

  Как выполнить пайку нержавейки в домашних условиях?

Газовые раковин

ы появляются в том случае, когда в металле большое содержание газов вследствие плохого качества исходных материалов или неправильного режима плавки; неправильно проведено модифицирование металла.

Пониженная газопроницаемость или повышенная влажность формовочных и стержневых смесей; повышенное содержание газообразующих веществ в формовочных и стержневых смесях; чрезмерное местное смачивание формы при вытаскивании модели; недостаточная вентиляция форм и стержней; недостаточно просушенные формы или стержни; неправильная окраска форм и стержней (выделяется большое количество газа); применение окисленных жеребеек или металлических вкладышей (окислы, разлагаясь, образуют газ); чрезмерно высокая температура металлической формы; низкая температура заливаемого сплава, не обеспечивающая выхода из него газов; чрезмерно быстрое заполнение формы, в результате чего воздух из формы не успевает удалиться; неправильная конструкция отливки, не обеспечивающая отвод газа из стержня или имеющая много горизонтальных поверхностей, также могут служить причинами образования газовых раковин.

Песчанымираковинами называются закрытые или открытые раковины, полностью или частично заполненные формовочным материалом.

Причины такого брака следующие: местное разрушение и засорение форм при сборке; недостаточная прочность формовочной и стержневой смесей или красок; применение неисправных моделей, что приводит к подрыву формы; неправильное крепление отъемных частей модели; недостаточное крепление выступающих частей формы; слабая или неравномерная набивка формы и стержней; несоответствие размеров знака стержней и формы, что приводит к обжиму формы и ее засорению при сборке; неправильный подвод литниковой системы, что приводит к размыву формы или стержня; обвал формы при установке груза; нетехнологичность конструкции отливки, т. е. наличие в отливке углублений, которые образуют непрочные тонкие выступы и острые углы в форме; недостаточная величина галтели, а также отсутствие или недостаточность литейного уклона в отливке.

Усадочными раковинами

называются открытые или закрытые пустоты в теле отливки, имеющие шероховатую поверхность с грубокристаллическим строением.

Рыхлотами или пористость

ю называется крупнозернистое и неплотное строение сплава с наличием межкристаллических пустот большей или меньшей величины.

Причинами брака по усадочным раковинам и рыхлотам могут быть неправильная конструкция отливки, не обеспечивающая равномерного ее охлаждения (имеются местные скопления металла); недостаточное питание отливки жидкимметаллом в процессе затвердевания из-за неправильного расположения прибылей, выпоров и литников, неправильные размеры и установка холодильников (металлических вкладышей); повышенное содержание элементов, способствующих увеличению усадки; чрезмерно высокая температура заливки.Шлаковыми раковинами

называются открытые или закрытые пустоты, полностью или частично заполненные шлаком.

Причины такого брака: окисленная и загрязненная шихта и загрязненные флюсы; нестойкие огнеупоры, способствующие обильному выделению шлаков; низкая температура металла и низкая его жидкотекучесть, препятствующие отделению шлака от металла в ковше и литниковой системе; неправильная литниковая система, не отделяющая шлака; разрушение фильтровальной сетки вследствие непрочности стержневой смеси или недостаточной сушки; нерациональное устройство ковшей, дающее плохое отделение шлака; небрежная очистка металла от шлака в ковше перед заливкой и небрежная (с пропуском шлака) заливка металла в формы; нераскисленный металл.

Трещинами горячими и холодными называют разрывы сквозные и несквозные или надрывы в стенах отливок.

Поверхность излома в горячих трещинах, поскольку они появляются при высоких температурах, всегда окислена; в холодных трещинах поверхность излома совершенно чистая или покрыта легким цветом побежалости.

Трещины обнаруживаются постукиванием, гидропробой и способом магнитной дефектоскопии.

Причинами появления горячих и холодных трещин могут быть неправильная конструкция отливки с резким переходом от толстых к тонким сечениям; острые внутренние углы в отливках; сопротивление форм и стержней нормальной усадке металла из-за чрезмерной плотности набивки; неправильно подготовленный состав формовочной и стержневой смесей, малая податливость их, неправильное расположение ребер опок или каркасов в стержнях, что препятствует усадке отливки; неправильный химический состав, т. е. повышенное содержание элементов, увеличивающих усадку или уменьшающих предел прочности при высоких температурах; неправильный режим заварки и термической обработки; заливка слишком горячим металлом и неправильный подвод металла, что ухудшает равномерное остывание отдельных частей отливки; удары при отбивке литников или при транспортировке отливок, имеющих большие внутренние напряжения.

Недолив и спай

. Недолив характеризуется тем, что при заливке конфигурация и размеры отливки остаются частично невыполненными из-за недостаточного заполнения формы металлом. Спай — сквозные или поверхностные с закругленными краями потоки преждевременно застывшего металла.

Причинами такого брака являются: недостаточное количество металла в ковше, низкая температура сплава при заливке и недостаточная жидкотекучесть его; уход металла из формы вследствие неплотной сборки; недостаточная вентиляция формы и стержня, вызывающая повышенное давление газов в форме; недостаточное сечение литниковой системы; нерациональная конструкция отливки из-за наличия слишком тонких незаливающихся стенок.

Дефекты поверхности

. На поверхности отливок из медных сплавов часто наблюдаются червеобразные или осповидные углубления, пятна и оловянносвинцовистые выделения.

Причины образования червеобразных углублений следующие: сравнительно медленное заполнение сплавом полости формы; перегрев жидкого металла с образованием окислов, что способствует выделению окиси цинка и отложению других окислов на поверхности отливки.

Осповидные углубления образуются из-за употребления при плавке чрезмерно большого количества жидкоплавких флюсов, которые попадают из ковша в форму.

Оловянистые выделения образуются вытеснением легкоплавких составляющих из основного раствора в периферийную часть отливки. Черные пятна разных размеров появляются на отливках в том случае, когда в стержневую смесь добавлено излишнее количество муки и патоки.

Ликвация, или неоднократность химического состава по сечению отливки, чаще встречается в алюминиевых, сплавах АлЗ, Ал5, в стальном литье и других из-за высокой температуры заливки, недостаточного перемешивания жидкого металла перед разливкой, избытка присадок, усиливающих склонность к ней.

Причины возникновения дефектов

Основные причины возникновения брака при литье

• Несоблюдение технологии литья: режима заливки и охлаждения, состава шихты и земли, порядка изготовления форм и т.п.
• Усадка металла при кристаллизации
• Ошибки при проектировании формы в целом и литниковой системы в особенности
• Недостаточная газопроводимость формы и нарушение вентиляции отливки

Дефект при усадки металла при кристаллизации

При условии соблюдения норм проектирования, состава смесей и технологических режимов литья производство получит качественную отливку, сведя вероятность брака литья к минимуму.

Отливки из алюминиевых сплавов

Согласно ГОСТ 1583 – 73 литейные алюминиевые сплавы разделены на пять групп (I – V). Наилучшими литейными свойствами обладают сплавы группы I – силумины.

Для них характерны хорошая жидкотекучесть, небольшая линейная усадка (0,9 – I %), стойкость к образованию трещин, достаточная герметичность.

Силумины марок АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК7, АК9, АК12 широко используют в производстве, однако они склонны к образованию грубой крупнозернистой эвтектики в структуре отливки и растворению газов.

Сплавы группы II (так называемые «медистые силумины») также нередко отливают в кокиль. Эти сплавы, обладающие хорошими литейными свойствами и большей прочностью, чем силумины группы I, менее склонны к образованию газовой пористости в отливках.

Сплавы групп III – V имеют более низкие литейные свойства по сравнению со сплавами групп I и II – пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку (до 13%), склонны к образованию трещин, рыхлот и пористости в отливках.

Получение отливок из сплавов III—V групп сопряжено со строгим соблюдением технологических режимов для обеспечения хорошего заполнения формы и питания отливок при затвердевании.

Предлагаем изготовить металлические детали по вашему эскизу!

Все литейные алюминиевые сплавы в жидком состоянии интенсивно растворяют газы и окисляются. При их затвердевании газы выделяются из раствора и образуют газовую и газоусадочную пористость, которая снижает механические свойства и герметичность отливок.

Образующаяся на поверхности расплава пленка оксидов при заполнении формы может разрушаться и попадать в тело отливки, снижая ее механические свойства и герметичность.

При высоких скоростях движения расплава в литниковой системе пленка оксидов, перемешиваясь с воздухом, образует пену, которая попадает в полость формы, приводя к образованию дефектов в теле отливки.

Температуру заливки расплава в кокиль назначают в зависимости от химического состава и свойств сплава, толщины стенки отливки и ее размеров. Для силуминов типа АЛ2, AJI4, АЛ9 ее принимают о пределах 700 – 750оС, для сплавов с широким интервалом затвердевания, в частности для сплавов типа АЛ19, обладающих пониженной жидкотекучестью, – в пределах 720 – 770оС.

Продолжительность выдержки отливки в кокиле назначают с учетом ее размеров и массы. Обычно отливки охлаждают в форме до температуры около 400оС.

( 1 оценка, среднее 4 из 5 )

8.4 Типичные дефекты при опиливании металла, причины их появления и способы предупреждения

Таблица
8

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Брак при опиливании. Организация рабочего места и безопасность труда

К наиболее часто встречающимся видам брака при опиливании относятся неровности поверхности и завалы краев заготовки. Эти дефекты — результат отсутствия навыков опиливания. Брак получается также вследствие слабого или чрезмерно сильного зажима в тисках опиливаемой заготовки. При этом на ее поверхности появляются вмятины.

Распространенный вид брака — неточность размеров вследствие неправильной разметки, снятия очень большого или малого слоя металла, а также неправильности измерения или неточности измерительного инструмента.

При опиливании необходимо надежно зажимать изделие в тисках, так как в противном случае соскочившая деталь может поранить руки рабочего.

Ручка напильника должна быть прочно насажена на хвостовик во избежание ранения рук. Нельзя пользоваться напильниками без ручек или с неисправными ручками (расколотыми либо без насадных колец). Очищать напильник от стружки следует только механической щеткой или скребком.

Стружку нельзя сбрасывать руками, сдувать, иначе возможны ранения рук, засорение глаз. Стружка удаляется волосяными щетками-сметками. Чтобы стружка не попадала в волосы, работать надо в головном уборе.

Большое значение при опиливании имеет правильная организация рабочего места. Тиски необходимо устанавливать в соответствии с ростом рабочего. На верстаке не должно быть ничего лишнего.

Напильники следует укладывать на подставке справа от тисков, контрольно-измерительный инструмент — в футляры за тисками. После окончания работы инструмент, тиски и верстак очищают и протирают.

Рабочие части контрольно-измерительного инструмента смазывают техническим вазелином.

• 1. Каковы назначение и суть опиливания?
• 2. Как устроен напильник?
• 3. Расскажите о применении напильников по номеру их насечки.
• 4. Как классифицируются напильники в зависимости от формы бруска?
• 5. Классифицируйте напильники по их назначению.
• 6. Какими способами получают насечку напильника?
• 7. Какими геометрическими параметрами характеризуется зуб напильника?
• 8. С какой точностью можно опилить деталь драчевым, личным и бархатным напильниками?
• 9. Какие типы ручек используют для напильников и надфилей?
• 10. Назовите виды опиливания плоских и криволинейных поверхностей.
• 11. Каковы правила выбора напильника для опиливания?
• 12. Назовите способы отделки поверхностей после опиливания.
• 13. В какой последовательности опиливают плоские сопряженные поверхности?
• 14. Какие устройства используют для механизации процесса опиливания?
• 15. Назовите способы и средства контроля поверхностей после опиливания.
• 16. Какие дефекты могут возникнуть при опиливании? Их причины.
• 17. Какие требования предъявляют к организации рабочего места при опиливании?
• 18. Какие правила безопасности необходимо соблюдать при опиливании?

Дефекты металлических изделий. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации

Дефекты металла — это такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла и приводят к снижению сортности или отбраковке. По ГОСТ 15467-79 дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛОВ ухудшают их физико-механические свойства (напр., электропроводность, магнитную проницаемость, прочность, плотность, пластичность). Различают Д. м. тонкой структуры (атомарного масштаба), напр. дислокации, вакансии и др., более грубые — субми-кроскопич.

трещины, образующиеся по границам блоков кристалла и на его поверхности. Ещё более грубые Д. м. -микро- и макроскопич.

дефекты, представляющие собой нарушения сплошности или однородности, образующиеся в металле вследствие несовершенства технологии и низкой технологичности многокомпонентных сплавов, требующих особенно точного соблюдения режимов на каждом этапе их изготовления и обработки.

Встречающиеся в металлич. изделиях и полуфабрикатах дефекты различаются по размерам и расположению, а также по своей природе и происхождению. Они образуются при плавлении металла и получении отливок (неметаллич. и шлаковые включения, усадочные раковины, рыхлоты, газовая пористость, плены и т. д.

), при обработке давлением (расслоения, заковы, закаты, волосовины, плены, флокены), в результате термич., химико-термич., электрохимич. и механич. обработки (трещины, прижо-ги, обезуглероживание и т. д.), в процессе соединения металлов — при сварке, пайке, склёпывании и т. д. (непровар.

непропай, трещины, коррозия и т. д.).

По характеру дефекты могут быть: местными (различные нарушения сплошности — поры, раковины, трещины, расслоения, флокены, заковы, закаты и др.

); распределёнными в ограниченных зонах (ликвационные скопления, зоны неполной закалки, зоны коррозионного поражения, местный наклёп); распределёнными по всему объёму изделия или по его поверхности (несоответствие химич. состава, структуры, качества механич. обработки).

Местные дефекты, локализованные в ограниченном объёме, могут быть точечными, линейными, плоскостными и объёмными. По расположению они разделяются на наружные (поверхностные и подповерхностные) и внутренние (глубинные).

Дефектами в прикладном, технич.

понимании следует считать такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, к-рые ухудшают рабочие характеристики металла или изделия и приводят к снижению сортности или забраковыванию изделий.

Однако не всякий Д. м. является дефектом изделия; отклонения от нормального качества металла, к-рые не существенны для работы данного изделия, не должны считаться для него дефектами.

Отклонения от нормального качества, являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (напр., при усталостном нагружении), могут не иметь значения при др. условиях работы (напр., при статич. нагружении).

Высокое качество металла и изготовляемых из него изделий может обеспечиваться двумя путями: совершенствованием технологии с целью исключения возможности появления дефектов и совершенствованием методов контроля качества металла с целью обнаружения дефектов и отбраковки дефектных заготовок, полуфабрикатов и изделий.

Контроль качества металла производится методами химич., спектрального, рентге-ноструктурного и металлографического анализа, позволяющими обнаружить отклонения от заданных состава и структуры. Эти методы, как правило, требуют взятия спец. проб металла и приводят к повреждению или разрушению контролируемых изделий.

Более надёжный, сплошной контроль Д.м., являющихся нарушением его сплошности или однородности, производится с помощью физич. методов неразрушающего контроля (см. Дефектоскопия), основанных на исследовании изменений физич. характеристик металла.

При окончательном решении вопроса о соответствии качества заготовки или изделия заданному необходимо учитывать не только количество, размеры, расположение и характер обнаруженных дефектов, но и конкретные условия на-гружения изделия и отд. его зон в эксплуатации.

• Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации.
• К ним относятся:
• · растрескивание из-за внутренних напряжений,
• · механические повреждения,
• · коррозия: трещины коррозии, эрозионно-коррозионные повреждения, межкристаллитная коррозия и другие,
• · трещины усталостные, термические, ползучести.

При хранении изделие может получить механические повреждения. Возможно растрескивание в результате действия внутренних напряжений. Нередко явление коррозийного поражения может быть поверхностным, а может распространяться в глубь металла, преимущественно по границам зерен (межкристаллитная коррозия).

При эксплуатации также возможна поверхностная или межкристаллитная коррозия под действием агрессивных сред, в том числе газов. Причиной эксплуатационного разрушения могут явиться трещины усталостного типа, возникающие в местах концентрации напряжений под действием циклической механической нагрузки.

При действии циклически изменяющейся температуры возможно образование трещин термической усталости. Длительная, достаточно большая статическая нагрузка также может привести к разрушению материала (явление ползучести). Ресурс работы изделия задают с учетом действия всех перечисленных факторов.

Дефекты стальных металлических конструкций — виды

Металлоконструкции, созданные на сварных и/или резьбовых соединениях, широко применяются в строительстве. Их использование позволяет упростить и ускорить сооружение несущих каркасов зданий, устройство кровель и фасадов, возведение мостов, создание малых архитектурных форм.

Металлоконструкции разделяют на стальные, предназначенные для восприятия серьезных нагрузок, и легкие из алюминиевых сплавов, применяемые в ограждающих элементах и при проведении отделочных работ. Качество создания и монтажа стальных несущих металлоконструкций регламентируют ГОСТы, ОСТы, СНиПы, СП.

Дефекты и повреждения стальных конструкций

Несоблюдение норм проектирования, нарушение правил создания и монтажа металлоконструкций приводят к отклонениям от проектных геометрических характеристик и нормативных параметров качества. Такие несовершенства, определяющие начальное состояние конструкции, называют дефектами.

В процессе эксплуатации металлоконструкции могут получить повреждения. Причины их появления: дефекты создания и монтажа, нарушение стандартных правил эксплуатации или оба этих фактора одновременно. Повреждения развиваются постепенно. Интенсивность этого процесса зависит от начального состояния конструкции, длительности эксплуатации, характера и силы внешних воздействий.

Выявить дефекты и повреждения металлических конструкций позволяет экспертиза, правила проведения которой регламентирует СП 13-102-2003.

Виды дефектов и повреждений

Дефекты и повреждения металлических конструкций по виду условно разделяют на следующие группы:

• Отсутствие части поперечного сечения, предусмотренного проектной документацией, или ослабление последнего из-за его замены при создании, установке, использовании конструкции. Поперечное сечение также ослабляют абразивный износ и коррозионные процессы. Характеристикой ослабления поперечного сечения является отношение фактической площади сечения к проектной.
• Прогиб элемента по длине. Одна из характеристик этого несовершенства – отношение прогиба к длине элемента.
• Трещины в теле металлических конструктивных элементов, сварных швах и околошовныхучастках. Продольные трещины характеризуются длиной, поперечные – отношением ослабленной площади к предусмотренной проектом или отношением длины трещины к ширине пораженного конструктивного элемента.
• Некачественные сварные швы. В перечень этих дефектов входят отсутствующие или неполномерные швы, а также изготовленные с нарушением технологических правил.
• Локальное искривление или вмятина. В этом случае измеряются длина или площадь искривленного участка.
• Отсутствие или ослабление крепежных деталей – резьбовых или заклепок. Дефект характеризуется отношением ослабленного или отсутствующего крепежа к его общему количеству.
• Смещение металлоконструкции относительно проектного положения. Характеризуется величиной смещения.
• Смещение элементов конструкции друг относительно друга. Измеряется значением взаимного смещения.
• Не предусмотренные в проекте зазоры в местах сопряжения элементов. Дефект характеризуется величиной зазора.
• Дефекты и повреждения лакокрасочного защитного покрытия металлоконструкций. Характеризуются площадью поврежденного антикоррозионного покрытия.
• Коррозионное разрушение тела элементов металлоконструкций и наплавленного металла. Измеряется толщиной слоя, поврежденного коррозией.

Разновидности основных дефектов и повреждений металлических конструкций по характеру и причинам возникновения

По характеру и причинам появления дефекты и повреждения металлоконструкций, находящихся в эксплуатации, разделяют на несколько групп.

Конструктивные

Эти дефекты возникают из-за ошибок в проектировании в случаях, если не были учтены все вероятные нагрузки, возможность изменения их величины, характера и/или направления во время эксплуатационного периода, вероятность колебаний температурного режима и влияния агрессивных сред. На эксплуатационные характеристики металлоконструкций негативно влияют недолговечные конструктивные и защитные материалы, заложенные в смете.

Производственно-строительные

Изготовление металлоконструкций осуществляется в заводских условиях или непосредственно на строительной площадке. В первом случае качество подготовительных, сварочных работ и мероприятий по нанесению антикоррозионных покрытий значительно выше.

Причинами дефектов и поврежденийна стадиях производства и монтажа металлоконструкций могут стать использование низкокачественных материалов, отклонение от допустимых проектных значений в ходе монтажа, проведение сварочных работ с нарушением технологических правил.

Производственно-строительные несовершенства металлоконструкций могут быть связаны снизким качеством антикоррозионного покрытия, частые дефекты лакокрасочного слоя:

• Кратеры – маленькие отверстия в окрашенном слое. Возникают из-за плохой подготовки поверхности, несоответствия типов растворителя и краски, слишком толстого окрашивающего слоя, присутствия в ЛКМ частиц или масел.
• Распространенный вид брака, при котором поверхность напоминает апельсиновую кору. Причина этого дефекта – нарушение технологических правил покраски металлоконструкций.
• Возникает из-за плохой подготовки поверхности и лакокрасочного материала, загрязнения сжатого воздуха при пневмораспылении.
• Появляется из-за неправильно подобранных вязкости ЛКМ и растворителя, нарушения технологических режимов нанесения и отверждения покрытия.
• Возникают на вертикальных и наклонных участках из-за некачественной подготовки поверхности, слишком высокой или низкой вязкости ЛКМ, неправильно выбранного давления воздуха при пневмораспылении, слишком маленького расстояния между краскораспылителем и поверхностью.

Эксплуатационные

Эксплуатационные повреждения возникают из-за ряда факторов, к которым относятся:

• Изменения во время эксплуатации условий окружающей среды. На целостность и долговечность конструкции отрицательно влияет длительное или периодическое воздействие высокотемпературных сред (воды, пара), агрессивных кислых или щелочных сред.
• Активное протекание коррозионных процессов из-за отсутствия своевременных антикоррозионных мероприятий.
• Приложение нагрузок, не предусмотренных проектом и приводящих к деформациям и утрате устойчивости металлоконструкций.

Разновидности повреждений в зависимости от вызывающих их воздействий

Воздействия, вызывающие появление повреждений, разделяют на следующие группы:

Механические (силовые)

Повреждения от силовых воздействий возникают в случаях, если на стадии проектирования были неправильно рассчитаны вероятные внешние нагрузки и внутренние усилия и, как следствие, неправильно подобраны сечения элементов.

Еще одна возможная ошибка – неграмотное решение конструктивных узлов.

Характерные признаки дефектов металлоконструкций, возникших из-за таких просчетов: трещины в теле элементов и сварных швах, ослабление резьбовых и клепочных соединений, искривления, локальные прогибы, абразивный износ и, как следствие, утрата устойчивости металлоконструкции.

Механические повреждения могут возникнуть из-за изменения по сравнению с проектными: сечений элементов, размерных характеристик сварных швов, количества и/или типа крепежных элементов.

Причинами их появления также являются нагрузки при эксплуатации, превышающие проектные величины, нарушение при монтаже взаимного расположения металлоконструкций, резкие и сильные удары.

Механические повреждения вызывают: вырезка отверстий, не предусмотренных в проектной документации, и удаление проектных связующих элементов.

Конструкции, на которые воздействуют динамические нагрузки (подкрановые балки, балки рабочих площадок), подвергаются усталостным повреждениям. Для них характерно появление трещин в основном металле, сварных швах и на околошовных участках, ослабление или полное разрушение заклепочных и резьбовых соединений.

Температурные

Высокотемпературное воздействие приводит к короблению элементов, повреждению антикоррозионных покрытий, отрицательные температуры – к появлению хрупких трещин.

Повреждения от высоких температур чаще всего возникают в металлоконструкциях, эксплуатируемых в горячих цехах. В таких конструкциях обычно предусматривают подвижные связи, способные свободно перемещаться при изменениях температурного режима.

Если такие подвижные связи отсутствуют, то в конструкциях появляются дополнительные напряжения циклического характера. Они приводят к образованию трещин и искривлению отдельных элементов.

При температурах +100°C разрушаются антикоррозионные покрытия, а при +300…+400°Cпроисходит коробление элементов малой и средней толщины.

Повреждения, вызванные отрицательными температурами, обычно возникают в стальных конструкциях, эксплуатируемых на открытом пространстве или в неотапливаемых помещениях. Особенно опасно резкое охлаждение. Часто хрупкие трещины при низких температурах появляются в металлоконструкциях, изготовленных из кипящих сталей.

Химические и электрохимические

В результате химических и электрохимических воздействий происходит коррозионное разрушение стали, повреждение антикоррозионных покрытий. Для стальных конструкций, используемых на объектах производственного назначения, характерна электрохимическая коррозия.

Коррозионные повреждения разделяют на следующие группы:

• Общие равномерные и неравномерные. Располагаются по всей поверхности конструкции. Уменьшают толщину элементов и повышают внутренние напряжения.
• Имеют вид язв, питтингов, сквозных отверстий. Значительно повышают внутренние концентрации напряжения, приводящие к хрупкому разрушению металлоконструкций при резких механических воздействиях и отрицательных температурах.

Решением проблемы появления и развития повреждений металлоконструкций является их усиление путем увеличения площади сечения элементов, использования дополнительных связей или изменением конструктивных схем.

Материаловед

Для успешной борьбы с браком нужно хорошо знать причины возникновения и способы предупреждения образования дефектов. На рис.  12.1 приведена классификация поверхностных дефектов, а на рис. 12.2 — их схематическое изображение.

• Пригар
• Пригар — это слой формовочных материалов, сцементированных металлом, его оксидами и различными силикатными фазами, прочно сцепленный с поверхностью отливки.
• Механический пригар образуется в результате проникновения жидкого металла в поры поверхности формы.
• Химический пригар — это пригоревшая корка на поверхности отливки, образовавшаяся в результате физико-химического взаимодействия оксидов железа с материалами формы и ее атмосферой.
• Термический пригар образуется в результате расплавления легкоплавких примесей формовочной смеси и приваривания их вместе с зернами песка к поверхности отливки.

В большинстве случаев наблюдается комплексный пригар, т. е. химико-механический.

1. Основными направлениями борьбы с пригаром являются: применение формовочных смесей, обеспечивающих восстановительную атмосферу в форме, уменьшение размеров пор, препятствующее проникновению металла и уменьшающее площадь контакта продуктов химических реакций с формовочным материалом.
2. Приливы
3. Приливами называют различные утолщения тела отливок, не соответствующие чертежу заготовки.

Заливы — это утолщения, образованные по плоскости разъема формы. Они обусловлены отклонениями размеров модельного комплекта и/или опочной оснастки, а также неудовлетворительным скреплением опок между собой. Предупредить появление этого дефекта позволяет обеспечение высокой точности используемой литейной оснастки и надежное скрепления опок.

Подутость появляется в результате статического давления жидкого металла на стенки недостаточно уплотненной формы. Такой дефект называют также распором. Его можно предотвратить, добиваясь необходимой степени уплотнения формовочной смеси.

Наростами называют утолщения, возникающие в результате разрушения поверхности формы струей жидкого металла размытого участка. Исключить размывы поможет правильный подвод металла и повышение поверхностной прочности формовочных смесей.

Просечки (или гребешки, заусенцы) появляются в результате затекания металла в трещины формы или стержня. Трещины образуются, главным образом, в результате теплового расширения форм и стержней.

Устранение дефекта: использование различных средств, ускоряющих затвердевание метала, в том числе – за счет повышения теплоаккумулирующей способности формы.

Например, при изготовлении стальных отливок в смесь вводят пылевидные фракции оксидов железа.

Обвалы образуются из-за разрушения части формы вследствие недостаточной прочности смеси.

Задиры, обжимы появляются в результате неудовлетворительного состояния модельно-опочной оснастки. Задиры возникают при соприкосновении между собой при сборке верхней и нижней полуформ с частичным их разрушением. Обжимы — это результат чрезмерного обжатия некоторых частей формы.

Дефекты поверхности

Песчаными засорами называют дефекты, обусловленные частичным разрушением форм и стержней.

Засоры представляют собой локализованные скопления частиц формовочных материалов, реже — частиц материалов футеровки плавильных агрегатов и шлаковых включений. Их появление чаще всего бывает вызвано несовершенством технологии либо отступлением от нее.

Небрежное хранение и транспортировка форм, в том числе керамических оболочек, приводит к засорению поверхности отливок частицами, занесенными извне. Поэтому перед окончательной сборкой формы обычно продувают сжатым воздухом или используют эжектор, работающий по принципу пульверизатора.

Причиной появления песчаных засоров может быть, кроме того, неудачная конструкция литниковой системы. Так, если струя металла направлена не по касательной к стенкам, а перпендикулярно, форма может разрушаться.

Появление шлаковых включений бывает вызвано тем, что канал литниковой системы не выполняет одну из своих функций — удерживать вкрапления шлака.

Сравнительно редко встречаются засоры, обусловленные разрушением футеровки плавильных агрегатов, в частности разрушением при загрузке шихты.

Чтобы свести до минимума вероятность появления засоров такого происхождения, надо внимательно осматривать футеровку перед плавкой.

Таким образом, мерами профилактики песчаных засоров являются: строгое соблюдение технологической дисциплины, аккуратная сборка форм, осмотр и очистка форм перед заливкой, рациональное конструирование литниковых систем, тщательный осмотр футеровки плавильных агрегатов.

Ужимины появляются при сырой формовке вследствие разрыва слоя формовочной смеси в зоне конденсации влаги и затекания металла в полость разрыва.

Как правило, это происходит при использовании смесей повышенной влажности и на тех участках формы, которые при ее заполнении металлом находятся продолжительное время под воздействием теплового излучения зеркала жидкого металла.

Избежать появления ужимин позволяют применение смесей с минимальной влажностью; прошпиливание участков формы, предрасположенных к образованию ужимин; заливка металла в сухие формы.

Спаи (иногда их называют неслитинами) — результат соприкосновения двух потоков охлажденного металла. Поверхности этих потоков из-за низкой температуры не могут слиться.

К тому же эти поверхности, как правило, покрыты слоем оксидов, также мешающих слиянию потоков.

Основными мерами борьбы со спаями являются: повышение температуры металла; применение формовочных материалов с относительно низкой теплоаккумулирующей способностью; сокращение времени заливки металла, в том числе за счет использования центробежного метода.

Пленами называют дефекты, образующиеся в результате окисления легко окисляющихся легирующих добавок сплава. Окисленный металл в виде плен попадает как внутрь тела отливки, так и на ее поверхность. Предупредить образование плен позволяют плавка и заливка металла в вакууме или в среде нейтральных газов, повышение температуры металла и создание в полости формы восстановительной атмосферы.

Морщинистость (складчатость) — это формирование на поверхности отливки множества беспорядочно расположенных морщин или складок.

Причину возникновения дефекта усматривают в скоплении на поверхности формы большого количества углерода, выделяемого при температурном разложении углеводородов, которые входят в состав связующих материалов.

Предотвратить морщинистость можно путем уменьшения органических составляющих смеси и улучшением вентиляции формы. Этому способствует также повышение температуры заливаемого металла.

Выпот на чугунных отливках образуется при затвердевании, которое сопровождается увеличением объема при выделении графита.

Внутри жидкого металла, заключенного в затвердевшей корочке, возникает повышенное давление, которое «стравливается» прорывом оболочки и образованием поверхностных шарообразных включений.

Этот дефект может образоваться за счет повышенного давления газов, интенсивно выделяющихся из сплава при понижении температуры.

Апельсиновая корка — дефект поверхности отливки, вид которого в определенной степени оправдывает его название. Образование дефекта связывают с отделением стенки формы отливки во время затвердевания и повторным расплавлением первоначально затвердевшей корки металла. Меры борьбы с этим дефектом аналогичны применяемым для борьбы с просечками — повышение теплоаккумулирующей способности формы.

Корольками называют дефекты отливок, образованные брызгами металла при заливке в форму.

Причин разбрызгивания металла может быть несколько: неправильная конструкция литников системы, неправильное заполнение формы, чрезмерное увлажнение смеси.

Образовавшийся из брызг шарик металла затвердевает и попадает на еще не заполненную металлом поверхность формы. Металл шарика может не слиться с металлом отливки.

Коробление отливки, т. е. искажение ее конфигурации, в том числе и геометрии поверхности, происходит из-за возникновения напряжений в отливке и развития необратимых деформационных изменений. Коробление предупреждается равномерным охлаждением отливки до полного остывания.

Трещины

Горячие трещины возникают в отливках в процессе затвердевания при температурах, близких к температуре солидуса, вследствие достижения усадочными напряжениями предела прочности металла.

Линейная усадка металла начинает проявляться с момента образования сплошного скелета из сросшихся дендритов поверхностной корки отливки. В этот момент металл обладает очень низкими прочностными и пластическими свойствами.

Напряжения, возникающие вследствие торможения линейной усадки, быстро достигают предела прочности, что и приводит к разрушению образовавшегося кристаллического скелета. Трещины носят междендритный характер, поэтому имеют неровный, рваный профиль. Поверхность горячих трещин сильно окислена.

Снизить вероятность появления горячих трещин позволяют создание максимально податливой литейной формы; применение сплавов, имеющих более высокий предел прочности при температурах образования трещин; отработка конструкции отливки с точки зрения ее технологичности.

Холодные трещины образуются при температурах, лежащих ниже температуры перехода металла из области пластических деформаций в область упругих (для стали – ниже 620–650 °С, для чугуна – ниже 400–650 °С). В отличие от горячих трещин холодные трещины имеют прямолинейный профиль.

В процессе их образования разрушаются как границы зерен, так и сами зерна металла. В зависимости от температуры образования поверхность холодных трещин может иметь цвета побежалости или оставаться совсем неокисленной.

Холодные трещины возникают под воздействием внутренних напряжений – термических или фазовых, когда структурные превращения протекают с изменением объема.

С холодными трещинами борются путем конструктивного или технологического упрочнения отливки в местах возможного возникновения трещин, а также создания условий равномерного охлаждения всех узлов отливки.

Межкристаллические (межзеренные или сеточные) трещины характерны для отливок из легированных сталей. Они возникают в стальных отливках в результате развития внутренних усадочных напряжений на границах первичных зерен аустенита. На этих границах могут выделяться фазы, достигшие предельной растворимости в аустените.

Чаще всего это неметаллические включения сульфидов и нитридов алюминия. Межкристаллические трещины, как правило, образуются внутри отливки, но иногда они могут выходить и на поверхность. При изготовлении стальных отливок для предупреждения этого дефекта снижают содержание в стали серы и азота.

Желательно при заливке создать восстановительную атмосферу в форме.

• Газовые дефекты
• Ситовидная пористость – дефект в виде множества мелких газовых включений, которые могут выходить на поверхность или располагаться в подповерхностных слоях.
• Появление ситовидной пористости предупреждают путем уменьшения содержания влаги в форме, применения связующих, не содержащих азот, и создания восстановительной атмосферы в форме.

Газовые раковины – это полости в металле отливки, образованные пузырьками газа. Они возникают вследствие выделения газа из металла или материала формы.

Во втором случае обычно образуются открытые газовые раковины, появление которых связано с высокой газотворной способностью формовочного материала и плохой вентиляцией формы (низкая газопроницаемость, недостаточное число вентиляционных каналов).

Вскип – местное поражение отливки газовыми раковинами в результате соприкосновения жидкого металла с участком форм, обладающим повышенной газотворностью. Предотвратить появления вскипания можно, устранив причины, способствующие образованию очагов газотворности в материале формы, и улучшив ее вентиляцию.

Изменение структуры металла

На поверхности отливок из серого чугуна может формировать структуру белого чугуна – отбел. Это явление бывает обусловлено повышенной скоростью охлаждения и пониженным содержанием углерода и кремния в чугуне.

В белом чугуне, наоборот, можно встретить поверхностный слой, имеющий структуру серого чугуна – половинчатость, которая связана с повышенным содержанием углерода и кремния.

Поверхностные слои отливок из высокопрочного чугуна содержат пластинчатые графитовые включения вместо шаровидных. Это явление связывают с насыщением поверхностной пленки металла водородом и кислородом, поступающими из формы. Образующийся при этом оксид магния снижает модифицирующее воздействие магния.

1. Изменение химического состава
2. При формировании отливки в поверхностном слое происходят процессы, в результате которых изменяется химический состав этого слоя: окисление, обезуглероживание, науглероживание, обезлегирование, насыщение газами и продуктами взаимодействия с формой.
3. При изготовлении стальных отливок окислительная атмосфера формы за счет диоксида углерода и воды является обезуглероживающей, восстановительная атмосфера, создаваемая оксидом углерода и метаном, – науглероживающей.

Атмосфера, образующаяся при термодеструкции синтетических смол, которые используются в качестве связующих материалов, является сугубо науглероживающей. В отличие от нее газовая фаза, возникающая при заливке металла в жидкостекольные формы, является окислительной, т. е. обезуглероживающей.

Если при охлаждении поверхность отливки отходит от стенки формы вследствие усадки, то наряду с науглероживанием поверхности в первые моменты затвердевания возможно обезуглероживание за счет кислорода воздуха, попадающего в зазор между отливкой и формой.

Обезлегирование при литье по выплавляемым моделям происходит за счет взаимодействия легирующих элементов с оксидами кремния материала формы. Глубина обезлегированного слоя зависит от материала формы, толщины стенок отливки и температуры заливаемого металла.

• Обезлегирование можно в значительной степени подавить снижением содержания силикатного связующего в оболочке, использованием в качестве огнеупорной основы материалов, не содержащих диоксида кремния, ускоренным охлаждением в период взаимодействия отливки с формой, понижением температуры формы и металла, а также поверхностным легированием путем ввода в огнеупорную суспензию солей соответствующих элементов.
• Внутренние дефекты
• Усадочные раковины и усадочная пористость образуются в отливках в результате сокращения объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое.

Эффективных средств борьбы с рассеянной усадочной пористостью практически нет. Этот вид внутренней несплошности металла можно заметно сократить, уменьшая размеры области затвердевания путем повышения скорости затвердевания за счет использования формовочных материалов с повышенной теплоаккумулирующей способностью.

При литье под давлением рассеянная пористость значительно меньше по сравнению с литьем тех же сплавов в песчаные формы.

Если по каким-либо причинам усадочная пористость недопустима, подыскивают другой сплав, обладающий аналогичными эксплуатационными свойствами, но имеющий меньший температурный интервал кристаллизации.

Причиной развития внутренних газовых дефектов, как правило, является нарушение технологии выплавки и, гораздо реже, взаимодействие расплава с материалом формы. При стационарной заливке титановых сплавов взаимодействие между металлом и формой является основной причиной газовой пористости.

Ликвация – это явление химической неоднородной в различных точках отливки, обусловленное процессом кристализации.