Виды дефектов металла при литье

Технология получения изделий из металла литьем известна человечеству более четырех тысячелетий. Металлические предметы — оружие, инструменты, украшения, утварь — составляли существенную часть рукотворного окружения человека.

Дефекты литья

И с первых же отливок мастеров-металлургов начали преследовать дефекты литья. В древности способы борьбы с дефектами при литье находили интуитивно. Современная металлургия применят для этого научный подход.

Классификация дефектов отливок

• 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

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.

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.

Способы исправления литейного брака

Для исправления поверхностных дефектов применяется механическая обработка — токарная, фрезерная или зачистка.

Фрезерная обработка брака литья

Если при этом размеры детали сократились больше допустимого, применяется наплавка тонкого слоя металла, доводящего размеры до требуемых и, как правило, улучшающего свойства заготовки.

Ультразвуковой неразрушающий метод контроля

Внутренний брак обнаруживается методами неразрушающего контроля. Иногда, если причина образования дефектов — внутренние напряжения, их удается снять путем нагрева и охлаждения по специальной методике. К сожалению, чаще внутренний брак литья исправлению не подлежат.

Классификация дефектов отливок

Создание современной классификации дефектов является важнейшей частью работ по профилактике брака отливок. Понятие «годная отливка» постоянно изменяется (происходит ужесточение требований по размерам, качеству поверхности и структуры, эксплуатационным характеристикам и другим показателям качества).

Однако наличие стандартов, технических условий и другой технической документации, а также обеспечение взаимопонимания специалистов-литейщиков требуют стандартизации соответствующих терминов и классификации дефектов.

В целом все дефекты можно разделить на явные и скрытые.

Явные дефекты обнаруживаются при внешнем осмотре или с помощью инструментальных средств, методик, указанных в нормативных документах. Например, если техническими условиями предусмотрено применение рентгеновской дефектоскопии, то обнаруживаемые внутренние дефекты будут явными.

Скрытые дефекты не могут быть обнаружены визуально или с помощью предусмотренных техническими условиями средств. Они выявляются или после механической обработки, или в процессе эксплуатации литой детали.

Можно выделить два основания для классификации дефектов отливок: по причинам образования, т. е. по общности физико-химических или других явлений, обусловливающих появление дефекта, и по внешнему виду, форме, размерам и расположению на отливке.

По ГОСТ 19200-80 дефекты делят на пять больших групп: несоответствие по геометрии, дефекты поверхности, несплошности в теле отливки, включения и несоответствие по структуре.Рассмотрим классификацию дефектов более подробно, выделив при этом стандартизованные термины.

Первая группа дефектов — несоответствие по геометрии.

Недолив — дефект в виде неполного образования отливки вследствие незаполнения полости литейной формы металлом при заливке из-за недостаточного количества жидкого металла, низкой температуры заливки, недостаточной скорости заливки и т. п. (рис. 9.1, а, б).

Неслитина (неспай) — дефект в виде отверстия произвольной формы или сквозной щели в стенке отливки, образовавшийся вследствие неслияния потоков металла пониженной жидкотекучести при заливке (рис. 9.1, в).

Обжим (выдавливание формы) — дефект в виде нарушенной конфигурации отливки, возникающий вследствие деформации формы из-за механических воздействий при ее сборке или во время заливки (рис. 9.1, г).

Подутость (раздутие, распор) — дефект в виде местного утолщения отливки вследствие распирания неравномерно или недостаточно уплотненной песчаной формы заливаемым металлом (рис. 9.1, д).

Перекос (сдвиг) — дефект в виде смещения одной части отливки относительно осей или поверхностей другой части по разъему формы, модели или опок вследствие их неточной установки и фиксации при формовке или сборке формы (рис. 9.1, е).

Стержневой перекос (стержневой сдвиг) — дефект в виде смещения отверстия, полости или части отливки, выполняемых с помощью стержня, вследствие его перекоса или неправильной установки (рис. 9.1, ж).

Разностенность (смещение стержня) — дефект в виде увеличения или уменьшения толщины стенок отливки вследствие смещения, деформации или всплывания стержня (рис. 9.1, з).

Стержневой залив (непроставленный стержень) — дефект в виде залитого металлом отверстия (или полости) в отливке из-за непроставленного в литейной форме стержня или его обрушения (рис. 9.1, и).

Коробление (прогиб) — дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате неправильно изготовленной модели (рис. 9.1, к).

Незалив (нечеткость контура) — дефект в виде несоответствия конфигурации отливки чертежу вследствие износа модели или недостаточной отделки формы, нарушения режима заливки.

Зарез (заруб) — дефект в виде искажения контура отливки при отрезке литников, обрубке и зачистке.

Вылом (выбоина) — дефект в виде нарушения конфигурации и размера отливки при выбивке, обрубке, отбивке литников и прибылей, очистке и транспортировке (рис. 9.1, л).

Прорыв металла (прорыв формы) — дефект в виде искаженного образования или неправильной формы отливки, возникающий при заливке вследствие недостаточной прочности формы (рис. 9.1 ,м).

Уход металла (подъем формы, стек) — дефект в виде пустоты в теле отливки, ограниченный тонкой коркой затвердевшего металла, образовавшийся вследствие вытекания металла из формы при слабом ее креплении или нагружении.

Ко второй группе относятся дефекты поверхности.

Пригар (металлизация) — дефект в виде трудноотделяемого специфического слоя на поверхности отливки, образовавшегося вследствие физического и химического взаимодействия формовочного материала с металлом и его оксидами (рис. 9.2, а).

Грубая поверхность (неровность поверхности) — дефект в виде шероховатости поверхности с параметрами, превышающими допустимые значения (рис. 9.2, б).

Спай (неспай) — дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки, образованного неполностью слившимися потоками металла с недостаточной температурой или прерванным потоком металла при заливке (рис. 9.2, в).

Складчатость (заворот, наплыв) — дефект в виде незначительных гладких возвышений и углублений на поверхности отливки, возникающих вследствие пониженной жидкотекучести металла (рис. 9.2, г).

Ужимина (рвотина) — дефект, образовавшийся вследствие отслоения формовочной смеси при заливке, в виде углубления с пологими краями, которое заполнено формовочным материалом и прикрыто слоем металла (рис. 9.2, д).

Нарост (размыв, подрыв) — дефект в виде выступа произвольной формы, образовавшегося из загрязненного формовочными материалами металла вследствие местного разрушения литейной формы (рис. 9.2, е).

Засор (намыв) — дефект в виде кусочка формовочного материала, захваченного потоком жидкого металла и внедрившегося в поверхностные слои отливки (рис. 9.2, ж).

Залив (облой, грат) — дефект в виде металлического прилива или выступа, возникающего вследствие проникновения жидкого металла в зазоры по разъемам формы, стержней или по стержневым знакам (рис. 9.2, з).

Плена (заплеск, заворот) — дефект в виде самостоятельного оксидного слоя на поверхности или в объеме отливки, образовавшегося при недостаточно спокойном заполнении формы.

Просечка (заусенец, рубец) — дефект в виде невысоких прожилок на поверхности отливки, возникающих вследствие затекания металла в трещины на поверхности формы или стержня (рис. 9.2, и).

• Окисление (пережог, рубашка) — дефект в виде окисленного слоя металла на поверхности отливки, получающегося после отжига отливок из белого чугуна на ковкий чугун.
• Поверхностное повреждение (забоина) — дефект в виде искажения поверхности, возникающего при выбивке из формы, очистке или транспортировке отливки.
• Газовая шероховатость (пузырчатость) — дефект в виде сферообразных углублений на поверхности отливки, возникающих вследствие роста газовых раковин на поверхности раздела металл-форма.
• Третью группу дефектов образуют несплошноcти в теле отливки.

Горячая трещина (усадочная трещина) — дефект в виде разрыва или надрыва тела отливки усадочного происхождения, возникающий в интервале температур затвердевания. Поверхность трещины окисленная и неровная. При вырубке трещина не распространяется в глубь тела отливки (рис. 9.3, а).

Холодная трещина (бой) — дефект в виде разрыва тела затвердевшей отливки вследствие внутренних напряжений или механического воздействия.

В вершине трещины сконцентрированы напряжения, поэтому при ударе трещина может распространиться в глубь тела отливки. Прежде чем проводить вырубку под заварку, необходимо перед вершиной трещины засверлить отверстие.

Поверхность холодной трещины в отличие от горячей светлая и сравнительно гладкая.

Межкристаллическая трещина — дефект в виде разрыва тела отливки при ее охлаждении в форме по границам первичных зерен аустенита в температурном интервале его распада.

Усадочная раковина (подсадина) — дефект в виде открытой или закрытой полости с грубой шероховатой, иногда окисленной поверхностью, образовавшейся вследствие усадки затвердевающего металла (рис. 9.3, б).

Объемная газовая раковина (пузырь) — дефект в виде полости, образованной выделившимися из металла или внедрившимися в металл газами (рис. 9.3, в).

Ситовидная пористость — дефект в виде удлиненных тонких раковин, ориентированных перпендикулярно к поверхности отливки и вызванных повышенным содержанием водорода в кристаллизующемся слое (рис. 9.3, г).

Усадочная пористость (течь) — дефект в виде мелких пор, образовавшихся вследствие усадки металла во время его затвердевания при недостаточном питании отливки (рис. 9.3, д).

Утяжина (утяжка, подсадина) — дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки, образовавшегося вследствие усадки металла при ее затвердевании (рис. 9.3, ё).

Песчаная раковина — дефект в виде полости, полностью или частично заполненной формовочным материалом (рис. 9.3, ж).

Вскип (кип) — дефект в виде скопления раковин и наростов, возникших вследствие парообразования в местах переувлажнения литейной формы или проникновения газов из стержней в ее полость (рис. 9.3, з).

1. Поверхностная газовая раковина — дефект в виде расположенных в поверхностных слоях отливки полостей, имеющих форму взрывных камер. Они обнаруживаются после механической обработки и возникают вследствие проникновения выделяющихся из формы газов через затвердевший поверхностный слой расплава
2. Шлаковая раковина (шлак) — дефект в виде полости, полностью или частично заполненной шлаком.
3. Залитый шлак (шлак) — дефект в виде частичного заполнения литейной формы шлаком.
4. Графитовая пористость (течь) — дефект отливок из серого чугуна в виде сосредоточенных или паукообразных выделений графита, вызывающих неплотности металла при испытании гидравлическим или газовым давлением.
5. Газовая пористость — дефект в виде мелких пор, образовавшихся в отливке в результате выделения газов из металла при его затвердевании.
6. Рыхлота (подкорковая пористость) — дефект в виде скопления мелких усадочных раковин.
7. Непровар жеребеек (холодильников) — дефект в виде неплотности соединения металла отливки с поверхностью жеребеек (холодильников) вследствие их загрязнения, несоответствия масс, пониженной температуры заливаемого металла.
8. Четвертую группу дефектов образуют включения.

Металлическое включение — дефект в виде инородного металлического включения, имеющего поверхность раздела с отливкой (рис. 9.4, а).

Неметаллическое включение (черное пятно) — дефект в виде неметаллической частицы, попавшей в металл механическим путем или образовавшейся вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла (рис. 9.4, б).

Королек (выпот) — дефект в виде шарика металла, отдельно застывшего и несплавившегося с отливкой, образовавшегося посредством брызг при неправильной заливке (рис. 9.4, в).

• Пятая группа дефектов — несоответствие по структуре.
• Отбел (твердое место) — дефект в виде твердых, трудно поддающихся механической обработке мест в различных частях отливки из серого чугуна, вызванных скоплением структурно-свободного цементита.
• Половинчатость (отсер, первичный графит) — дефект в виде проявления в структуре серого чугуна в отливках из белого чугуна.
• Ликвация — дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании.
• Флокен (белое пятно) — дефект в виде разрыва тела отливки под влиянием растворенного в стали водорода и внутренних напряжений, проходящего полностью или частично через объемы первичного аустенита.

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.

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.

Газовые раковины 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.

Песчаными
раковинами 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 пористостью 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 жидким металлом 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.