Примеры поверхностных дефектов на отливках из различных сплавов и причины их образования Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

9. Жуков А.А., Зволинская В.В. Отливки из железоуглеродистых сплавов, легированных ванадием: обзор / НИИмаш. М., 1979. 48 с.

10. Снаговский Л.М., Васильев Э.Я., Сапунов Ю.Н. Улучшение комплекса свойств хромистых чугунов/ // Повышение служебных свойств высоколегированных литых сталей и чугунов: материалы семинара. М., 1987. С.98-101.

УДК 621.747.58

Е.А. Чернышов, А.А. Евлампиев, А.В. Королёв, Д.В. Калашников, О.В. Моисеева, О.Б. Гусева

ГОУ ВПО «Нижегородский государственный

технический университет им.Р.Е.Алексеева»

ГОУ ВПО «Чувашский государственный университет»

ПРИМЕРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ НА ОТЛИВКАХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ И ПРИЧИНЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ

В процессе заливки и при охлаждении сплава материал формы претерпевает наибольшие тепловые нагрузки. Песчаная форма при нагреве до максимальных температур на границе раздела резко изменяет состояние и свойства. Влажная песчано-глинистая форма высыхает на некоторую глубину, образуется сухая корочка, которая при дальнейшем прогреве спекается и выполняет роль буфера, воспринимает и смягчает тепловой удар, динамические и статические нагрузки. В процессе этих изменений на границе с металлом снижается теплопроводность материала формы, интенсивность теплообмена между отливкой и формой уменьшается. После образования сухой корочки на поверхности формы из-за снижения теплопроводности смеси процессы теплообмена, между отливкой и формой, скорость затвердевания сплава замедляются, и идет рост кристаллов и выравнивание температур в объеме отливки. Эта стадия затвердевания сплава и образования двухфазной зоны наиболее ответственна за формирование структуры и качества металла. В процессе затвердевания отливки

© Чернышов Е.А., Евлампиев А.А., Королёв А.В., Калашников Д.В., Моисеева О.В., Гусева О.Б., 2010

в последующих слоях формы идут процессы газообразования, парообразования, конденсации с поглощением теплоты, и форма медленно прогревается на большую глубину. В приповерхностных объемах из-за снижения прочности переувлажненных участков формы в зоне конденсации влаги и роста давления газов возникают трещины и отслоения сухих корочек, а в отливках в этих участках образуются ужимины, засоры и газовые раковины.

Исследованиям механизма образования ужимин и факторов, способствующих их возникновению, посвящены ранние работы учёных [1-3] и уделяется много внимания в настоящее время [4-7]. В этих работах фактически определён механизм образования ужимин, дана классификация дефектов, и у большинства специалистов они не вызывают сомнений. Однако на практике встречаются сложные случаи, когда вид, форма и другие признаки поверхностных дефектов отличаются от классических, а объяснить их происхождение бывает затруднительно.

Ниже приведены некоторые примеры сложных случаев образования поверхностных дефектов на отливках из черных и цветных сплавов.

В производственных условиях на отливках из стали 25ГЛ возникали систематические дефекты поверхности в виде ужимин, складок, впадин, выступов, заливов

Рис.1. Поверхностные дефекты на стальной отливке

Металлоёмкость формы составляла свыше 1000 кг. Формы из песчано-глинистой смеси изготавливались на АФЛ с размерами опок 2500^1600x700 мм. Форму окрашивали спиртовой цирконовой краской. Противопригарное покрытие после высыхания упрочняло поверхностный слой формы и имело хорошее сцепление с подложкой. Установлено, что определяющими факторами при разрушении формы явились высокая деформативная способность уп-

лотнённой смеси, длительное воздействие теплоты расплава в процессе заливки, особенно при остановке подъёма уровня металла при переливе в центральную заниженную часть рабочей полости. Это оказалось решающим фактором для начала разрушения поверхности и образования продольных трещин в поверхностном слое формы. Кроме того, дополнительно действовали значительные механические напряжения, возникающие в форме по кромкам окрашенной полости при отсутствии зазора или при его отрицательной величине. В этом случае возникают поверхностные трещины, образуются дополнительно поперечные выступы, ужимины, заливы из-за отслоений поверхности формы и развития трещин. В итоге на основе исследований и экспериментов для устранения этих дефектов был увеличен зазор по кромкам полуформ нашивкой на модельную плиту полосы шириной 20 мм.

На рис.2 представлена отливка из медного сплава массой 0,5 кг с характерными дефектами в виде ужимин, выступов, углублений. По границам потока металла в местах примыкания питателя на большинстве отливок образовывались продольные ужимины из-за растрескивания формы в результате неравномерной деформации поверхностного слоя некачественно уплотнённой формы.

Рис.2. Дефекты на отливке из бронзы

Эти же отливки, залитые алюминиевым сплавом, перегретым до 780°С, в форму из подобной смеси, дефектов не имели. Известно, что при температурах в интервале 500-600°С кварцевый песок претерпевает полиморфные превращения с увеличением объема, но в результате быстрого затвердевания алюминиевого сплава разрушение формы в данном случае не произошло, в то же время в отливках из бронзы обнаруживались дефекты из-за деформации формы. Появлению дефектов на отливках из медных сплавов способствует и тот факт, что последние, имея большую теплопровод-

ность, более интенсивно отдают тепло форме и прогревают её поверхностный слой на значительную глубину за короткое время. Поэтому на этих отливках, отлитых в песчано-глинистых формах, видны следы более интенсивного разрушения поверхностного слоя форм даже при малой металлоёмкости формы.

б

Рис.3 .Фрагменты отливок с дефектами: а - с ужиминой в виде плоского углубления; б - с заливом

Следующий пример с характерной ужиминой со стороны питателя в виде плоского углубления представлен на рис.3. Эти отливки из бронзы массой около 2 кг (2 штуки в форме), отлитые с применением песчано-глинистых смесей, иногда имели особый вид дефектов в виде плоского углубления (рис.3,а), вызванного отслоением значительной части поверхности формы, и в образовавшиеся трещины проникал расплав, образуя заливы (рис.3, б). Данный пример подтверждает, что тепловые процессы в форме

при заливке медных сплавов проходят интенсивно и за короткое время. Такие размеры разрушений формы могли быть вызваны термическими напряжениями, которые в первую очередь зависят от скорости нагрева поверхности, а также механическими напряжениями, возникшими при спаривании жёстких переуплотнённых полуформ, изготовленных вручную.

1

Рис.4. Дефекты наросты (1) и вмятина (2)

Ещё один пример образования дефектов на мелких отливках из сплавов на медной основе, которые характеризуются большими размерами и большой глубиной, представлен на рис.4. При отклонениях параметров формы на отливках с большими толщинами стенок, в период отработки технологии и параметров заготовок, часто образовывалось сразу несколько видов ужимин, вмятин, причём классические ужимины после удаления нароста оказались глубиной почти на всю толщину стенок. На разрезе (рис.5), проходящем через центры дефектов, видно, что корочка смеси толщиной до 5 мм отслоилась и после деформации погрузилась в жидкий расплав, образуя полость в форме и нарост металла толщиной также около 5 мм. Причём отслоение корочки было односторонним, а деформация её была значительной. Вероятно, степень развития трещин в материале формы зависит в значительной мере от

вида сплава, времени нахождения сплава в жидком состоянии и скорости передачи теплоты материалу формы. 2

Рис.5 .Дефекты ужимина (1) и нарост (2) на отливке

Из практического опыта замечено, что ужимины на отливках из чугуна всегда имеют относительно меньшую глубину залегания и толщину нароста и несколько зависят от металлоёмкости формы. На отливках из стали размеры наростов и ужимины могут достигать на крупных отливках значительных размеров и глубин залегания, но на мелких отливках они практически не встречаются, что, по-видимому, связано с быстрым образованием твердой корочки металла и последующим затвердеванием отливки.

Выводы:

1. Вид, размеры наростов и глубина залегания ужимин зависят от теплофизических свойств сплава, физико- и термомеханических свойств формы, степени уплотнения, времени взаимодействия формы с жидким металлом и других факторов.

2. При коротком промежутке времени заполнения формы могут образоваться дефекты, характеризующиеся незавершённостью процесса: просечки, углубления с небольшой глубиной, тонкие выступы.

3. При диагностике причин образования дефектов необходимо проводить расширенные исследования, определять основные и дополнительные факторы и степень их участия в формировании этих дефектов.

4. При анализе представленных примеров прослеживается зависимость механизма образования ужимин и интенсивности их развития как от вида сплава, так и от степени участия механических напряжений, возникающих в форме.

Список литературы

1. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. М.: Машгиз, 1962. 528 с.

2. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1976. 215 с.

3. Петриченко А.М., Померанец А.А., Парфёнова В.В. Термостойкость литейных форм. М.: Машиностроение, 1982. 230 с.

4. Трухов А.П., Сорокин Ю.А., Бычков Н.В. Механизм образования ужимин и способы их предупреждения // Заготовительные производства в машиностроении. 2005. №4. С. 7-12.

5. Технология литейного производства: Литьё в песчаные формы / Трухов А.П., Сорокин Ю.А., Ершов М.Ю. и др.; под ред. А.П. Трухова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 528 с.

6. Чернышов Е.А., Евстигнеев А.И., Евлампиев А.А. Литейные дефекты. Причины образования. Способы предупреждения и исправления. М.: Машиностроение, 2008. 282 с.

7. Мухоморов И.А. Дефект ужимина. Пути образования и меры предупреждения // Литейное производство. 2004. №1. С. 6-9.

УДК 621.746.628.01

В.П. Чернов, П.Н. Насонов

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОТЛИВОК, ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ В ФОРМЕ И В ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Шлако-каменные отливки обладают своеобразным комплексом физико-механических и химических свойств, позволяющих широко использовать их в народном хозяйстве и промышленности. К основным достоинствам шлако-каменного литья можно отнести его высокую стойкость в кислых и щелочных средах, хорошую сопротивляемость абразивному износу и термостойкость, что позволяет использовать его взамен черных и цветных металлов во многих отраслях промышленности [1]. Однако силикатные расплавы

© Чернов В.П., Насонов П.Н., 2010