Литье дефект является нежелательным неправильность в разливки металла процесса. Некоторые дефекты можно терпеть, а другие можно ремонтировать, в противном случае их нужно устранять. Они разбиты на пять основные категории: газовая пористость , усадка дефектов , пресс - форма дефектов материала , заливки дефектов металла и металлургические дефекты . [1]
Терминология
Термины «дефект» и «Непрерывность »относится к двум конкретным и отдельным вещам в отливках. Дефекты определяются как условия в отливке, которые необходимо исправить или удалить, или отливка должна быть отклонена. Нарушения непрерывности, также известные как« несовершенства », определяются как« прерывания в отливке ». физическая целостность отливки ». Следовательно, если отливка не идеальна, но все же полезна и имеет допуск, дефекты следует рассматривать как« несплошности » [2].
Типы
Есть много типов дефектов, которые возникают по разным причинам. Некоторые решения для определенных дефектов могут быть причиной дефекта другого типа. [3]
Отливки в песчаные формы могут иметь следующие дефекты . Большинство из них также происходит в других процессах литья.
Дефекты усадки
Дефекты усадки могут возникать, когда стандартная подача металла недоступна для компенсации усадки по мере затвердевания толстого металла . Дефекты усадки будут иметь неровный или линейный вид. Дефекты усадки обычно возникают либо на выступе, либо на выступе отливки. [4] Усадка дефекты могут быть разделены на два разных типа: открытая усадочных дефектов и закрытых усадочных дефектов . Открытые дефекты усадки открыты для атмосферы , поэтому при образовании усадочной полости воздух компенсирует. Дефекты на открытом воздухе бывают двух типов: трубы и выемки . Трубы образуются на поверхности отливки и углубляются в отливку, в то время как поверхности с выемками представляют собой неглубокие полости, которые образуются на поверхности отливки. [5]
Закрытые усадочные дефекты, также известные как усадочная пористость , представляют собой дефекты, которые образуются внутри отливки. Внутри затвердевшего металла образуются изолированные лужи жидкости, которые называются горячими точками . Дефект усадки обычно образуется в верхней части горячих точек. Для них требуется точка зародышеобразования , поэтому примеси и растворенный газ могут вызвать закрытые дефекты усадки. Дефекты разбиты на макропористости и микропористости (или микро усадки ), где макропор можно увидеть невооруженным глазом и микропористости не может. [5] [6]
Газовая пористость
Газовая пористость - это образование пузырьков внутри отливки после ее охлаждения. Это происходит потому, что большинство жидких материалов могут удерживать большое количество растворенного газа, но твердая форма того же материала не может, поэтому при охлаждении газ образует пузырьки внутри материала. [7] Газовая пористость может проявляться на поверхности отливки как пористость, или поры могут быть захвачены внутри металла [8], что снижает прочность в этой области. Азот , кислород и водород - наиболее часто встречающиеся газы в случаях газовой пористости. [6] В алюминиевых отливках водород - единственный газ, который растворяется в значительном количестве, что может привести к пористости газообразного водорода . [9] Для отливок весом в несколько килограммов размер пор обычно составляет от 0,01 до 0,5 мм (от 0,00039 до 0,01969 дюйма). При отливке большего размера они могут достигать миллиметра (0,040 дюйма) в диаметре. [8]
Для предотвращения газовой пористости материал можно плавить в вакууме, в среде малорастворимых газов, таких как аргон [10] или диоксид углерода , [11] или под флюсом, который предотвращает контакт с воздухом. Чтобы свести к минимуму растворимость газа, можно поддерживать низкие температуры перегрева . Турбулентность при заливке жидкого металла в изложницу может привести к появлению газов, поэтому формы часто имеют обтекаемую форму, чтобы минимизировать такую турбулентность. Другие методы включают вакуумную дегазацию , продувку газом или осаждение. Осаждение включает реакцию газа с другим элементом с образованием соединения, которое образует шлак, всплывающий наверх. Например, кислород можно удалить из меди , добавив фосфор ; В сталь можно добавлять алюминий или кремний для удаления кислорода. [7] Третий источник состоит из реакций расплавленного металла со смазкой или другими остатками в форме.
Водород образуется в результате реакции металла с влажностью или остаточной влагой в форме. Сушка формы может устранить этот источник образования водорода. [12]
Пористость по газу иногда бывает трудно отличить от микроусадки, поскольку полости в результате микроусадки также могут содержать газы. Как правило, микропористости образуются, если отливка не поднимается должным образом или если отливается материал с широким диапазоном затвердевания. Если ни одно из этих условий не соответствует действительности, то, скорее всего, пористость вызвана газообразованием. [13]
Маленькие пузырьки газа, называются пористостью, но более крупные пузырьки газа называются раковины [14] или волдыри . Такие дефекты могут быть вызваны воздухом, захваченным расплавом, паром или дымом от литейного песка или другими газами из расплава или формы. (Вакуумные отверстия, возникшие в результате усадки металла (см. Выше), также можно свободно называть «раковинами»). Правильная практика литья, включая подготовку расплава и проектирование пресс-формы, может уменьшить возникновение этих дефектов. Поскольку они часто окружены оболочкой из прочного металла, раковины трудно обнаружить, что требует гармонического, ультразвукового , магнитного или рентгеновского анализа (например, промышленное КТ-сканирование ).
Заливка дефектов металла
К дефектам заливки металла относятся неправильный прогон , холодное закрытие и включения . Неправильный прогон происходит, когда жидкий металл не полностью заполняет полость формы, оставляя незаполненную часть. Холодное закрытие происходит, когда два фронта жидкого металла не плавятся должным образом в полости формы, оставляя слабое место. И то, и другое вызвано либо недостаточной текучестью расплавленного металла, либо слишком узким поперечным сечением. Текучесть можно повысить, изменив химический состав металла или увеличив температуру разливки. Другая возможная причина - противодавление из-за неправильно вентилируемых полостей формы. [15]
Ошибки срабатывания и холодные закрытия тесно связаны, и оба включают замерзание материала до того, как он полностью заполнит полость формы. Эти типы дефектов серьезны, потому что область вокруг дефекта значительно слабее, чем предполагалось. [16] литейные и вязкость материала могут быть важными факторами с этими проблемами. Текучесть влияет на минимальную толщину литого сечения, максимальную длину тонких сечений, тонкость литых деталей и точность заполнения краев формы. Существуют различные способы измерения текучести материала, хотя обычно они включают использование стандартной формы и измерение расстояния, на которое проходит материал. На текучесть влияет состав материала, температура или диапазон замерзания, поверхностное натяжение оксидных пленок и, что наиболее важно, температура заливки. Чем выше температура заливки, тем больше текучесть; однако чрезмерные температуры могут быть вредными, приводя к реакции между материалом и формой; в процессах литья, в которых используется пористый материал формы, материал может даже проникать в материал формы. [17]
Точка, в которой материал не может течь, называется точкой когерентности . Этот момент трудно предсказать при проектировании пресс-формы, поскольку он зависит от твердой фракции, структуры затвердевших частиц и локальной скорости сдвиговой деформации жидкости. Обычно это значение колеблется от 0,4 до 0,8. [18]
Включение - это металлическое загрязнение шлака , если оно твердое, или шлака , если оно жидкое. Обычно это примеси в разливочном металле (обычно оксиды , реже нитриды , карбиды или сульфиды ), материал, который выветривается из футеровки печи или ковша или загрязняется из формы. В конкретном случае алюминиевых сплавов важно контролировать концентрацию включений , измеряя их в жидком алюминии и принимая меры для поддержания их на требуемом уровне.
Есть несколько способов уменьшить концентрацию включений. Чтобы уменьшить образование оксидов, металл можно плавить с флюсом , в вакууме или в инертной атмосфере . В смесь могут быть добавлены другие ингредиенты, чтобы окалина всплыла наверх, где ее можно было снять до того, как металл будет выливаться в форму. Если это нецелесообразно, то можно использовать специальный ковш, разливающий металл снизу. Другой вариант - установить в литниковую систему керамические фильтры. В противном случае могут быть образованы вихревые заслонки, которые закручивают жидкий металл по мере его заливки, выталкивая более легкие включения в центр и удерживая их вне отливки. [19] [20] Если часть шлака или шлака складывается в расплавленный металл, это становится дефектом уноса .
Металлургические дефекты
В этой категории есть два дефекта: горячие слезы и горячие точки . Горячие слезы, также известные как горячее растрескивание , [21] сбои в отливкекоторые возникаюткак Cools литья. Это происходит потому, что в горячем состоянии металл становится хрупким, а остаточные напряжения в материале могут вызвать разрушение отливки при его охлаждении. Правильная конструкция пресс-формы предотвращает этот тип дефекта. [3]
Горячие точки - это участки отливки, которые охлаждались медленнее, чем окружающий материал, из-за большего объема, чем окружающий его материал. Это вызывает аномальную усадку в этой области, что может привести к пористости и трещинам. Такого типа дефекта можно избежать путем правильного охлаждения или изменения химического состава металла. [3]
Специфические дефекты процесса
Литье под давлением
При литье под давлением наиболее распространенными дефектами являются неправильный прогон и холодное закрытие . Эти дефекты могут быть вызваны холодными штампами, низкой температурой металла, грязным металлом, отсутствием вентиляции или слишком большим количеством смазки. Другими возможными дефектами являются газовая пористость, усадочная пористость, горячие разрывы и следы течения. Следы текучести - это следы, оставленные на поверхности отливки из-за плохой вентиляции, острых углов или чрезмерного количества смазки. [22]
Непрерывное литье
Продольная трещина лица является специализированным типом дефекта , который происходит только в непрерывной разливке процессах. Этот дефект вызван неравномерным охлаждением, как первичным , так и вторичным охлаждением , и включает свойства расплавленной стали, такие как несоответствие химического состава техническим характеристикам, чистота материала и однородность .
Литье в песчаные формы
Литье в песчаные формы имеет много дефектов, которые могут возникнуть из-за разрушения формы. Форма обычно выходит из строя по одной из двух причин: использован неправильный материал или она неправильно утрамбована . [23]
Первый тип - это эрозия формы , то есть истирание формы по мере ее заполнения жидким металлом. Этот тип дефекта обычно возникает только в отливках в песчаные формы, потому что большинство других процессов литья имеют более прочные формы. Отливки имеют шероховатости и избыток материала. Формовочные пески становятся включенными в металл отливки и уменьшают пластичность , усталостную прочность и вязкость разрушения отливки. Это может быть вызвано слишком малой прочностью песка или слишком высокой скоростью разлива. Скорость разливки может быть уменьшена путем изменения конструкции литниковой системы для использования более крупных литников или нескольких ворот. [23] [24] Связанным источником дефектов являются капли , в которых часть формовочного песка из колеи падает в отливку, пока она еще остается жидкостью. Это также происходит, когда форма не утрамбована должным образом. [25]
Второй тип дефекта - проникновение металла , которое возникает при проникновении жидкого металла в формовочную смесь. Это приводит к шероховатости поверхности . Это вызвано слишком крупными частицами песка, недостаточной промывкой формы или слишком высокими температурами заливки. [25] Альтернативная форма проникновения металла в форму, известная как прожилки , вызвана растрескиванием песка.
Если температура заливки слишком высока или используется песок с низкой температурой плавления, он может плавиться в отливке. В этом случае поверхность полученной отливки приобретает хрупкий, стекловидный вид. [25]
Закончились происходит , когда жидкий металл утечки из формы из - за неправильной формы или колбу . [25]
Парши ыпредставляют собой тонкий слой металлакоторый сидит гордиться отливки. Они легко снимаются и всегда открываютпряжка внизу, которая представляет собой углубление на литой поверхности.Rattail sподобны пряжек,исключением они тонкие углубления линии и не связаны с корочками. Еще один подобный дефект -Pulldown s, которые представляют собой изгибы, возникающие при литье в песчаные формы. Все эти дефекты носят визуальный характер и не являются поводом для брака заготовки. [26] Эти дефекты вызваны слишком высокими температурами разливки или недостаткомуглеродистогоматериала. [25]
Набухание происходит тогда , когда пресс - форма стенки дает путь по всей поверхности, и это вызвано ненадлежащим образом спрессованной формы. [25]
Выгорание происходит, когда оксиды металлов взаимодействуют с примесями в кварцевых песках. В результате частицы песка попадают в поверхность готовой отливки. Этого дефекта можно избежать, снизив температуру жидкого металла, используя промывку формы и используя различныедобавкив песочной смеси. [27]
Смотрите также
- Пористость газообразного водорода
- Включения в алюминиевых сплавах
- Неметаллические включения для включений в стали
- Герметизация пористости
Рекомендации
- Перейти ↑ Rao 1999 , p. 195
- ^ ASM International (2008). Дизайн и исполнение кастинга . ASM International. п. 34. ISBN 978-0-87170-724-6.
- ^ a b c Рао 1999 , стр. 198
- ^ «В чем разница в газовой и усадочной пористости?» .
- ^ a b Стефанеску 2008 , стр. 69
- ^ а б Юй 2002 , стр. 305
- ^ a b Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 283–284
- ^ а б Кэмпбелл 2003 , стр. 277
- ^ Газовая пористость в алюминиевой отливке, составленная литература AFS, март 2002 г.
- ^ Кэмпбелл 2003 , стр. 197
- ^ Сиас, Фред Р. (2005). Литье по выплавляемым моделям: старые, новые и недорогие методы . ISBN 9780967960005.
- ^ Браун, Джон Р. (1994). Справочник литейщика Foseco . ISBN 9780750619394.
- Перейти ↑ Yu 2002 , p. 306
- ^ Роксбург, Уильям (1919). Общая литейная практика . Констебль и компания. С. 30–32. ISBN 9781409719717.
- Перейти ↑ Rao 1999 , pp. 197–198
- ^ Винарчик, Эдвард Дж (2002-10-16). Процессы литья под давлением высокой надежности . ISBN 9780471275466.
- ^ ДеГармо, Black & Kohser 2003 , стр. 284
- ↑ Yu 2002 , pp. 306–307.
- ^ ДеГармо, Black & Kohser 2003 , стр. 283
- ↑ Yu 2002 , pp. 310–311.
- ^ http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=204
- ^ Avedesian, Baker & ASM International 1999 , стр. 76
- ^ a b Рао 1999 , стр. 196
- Перейти ↑ Yu 2002 , p. 310
- ^ a b c d e f Рао 1999 , стр. 197
- ^ Дэвис, Джозеф Р. (1996). Чугуны (2-е изд.). ASM International. п. 331. ISBN. 978-0-87170-564-8.
- ^ Автор, Автор (2005). Технология литья и литейные сплавы . Прентис-Холл. п. 242. ISBN. 978-81-203-2779-5.
Библиография
- Avedesian, MM; Бейкер, Хью; ASM International (1999). Магний и магниевые сплавы (2-е изд.). ASM International. ISBN 978-0-87170-657-7..
- Кэмпбелл, Джон (2003). Отливки . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-4790-8..
- Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003). Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Вайли. ISBN 0-471-65653-4..
- Рао, Posinasetti Nageswara (1999). Технология производства: литейное, формовочное и сварочное (2-е изд.). Тата МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-463180-5..
- Стефанеску, Дору Майкл (2008). Наука и техника затвердевания отливок (2-е изд.). Springer. ISBN 978-0-387-74609-8..
- Ю, Куанг-Оскар (2002). Моделирование для обработки отливок и кристаллизации . CRC Press. ISBN 978-0-8247-8881-0..