CC BY
67
УДК 621.81-021.465
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ НА КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ
© 2011 г. И.В. Селевцова
Южно-Российский государственный South-Russian State Technical
технический университет (Новочеркасский University (Novocherkassk
политехнический институт) Polytechnic Institute)
Определено влияние технологических факторов на образование дефектов в литых заготовках деталей. Описаны основные объемные усадочные литейные дефекты. Показана схема формирования усадочной раковины в отливке. Приведены показатели качества отливок и основные дефекты, влияющие на эксплуатационные и механические свойства литых заготовок. Определены причины образования несплошностей в теле отливки и включений.
Ключевые слова: качество, отливка; дефект; раковина; усадка; пора; несплошность; включения; надежность.
Influence of technological factors on flaw formation in cast part blanks is determined. Main volumetric shrinkage flaws of the castings are described. A scheme of shrinkage cavity formation in the casting is shown. Castings quality indices and the main flaws influencing operational and mechanical qualities of the castings are indicated. Causes of discontinuity flaws formation in the body of the casting and inclusions are described.
Keywords: quality; casting; flaw; cavity; shrinkage; pore; discontinuity flaw; inclusions; reliability.
Для подавляющей части деталей машин требуется материал, обладающий изотропностью механических свойств, что может быть наиболее эффективно обеспечено путем применения для изготовления деталей литых заготовок. В связи с этим проблема изготовления отливок требуемого уровня качества является одной из основных целей экспериментальных и теоретических исследований современного машиностроительного производства.
Наибольший ущерб механическим свойствам и надежности литых заготовок приносят дефекты усадочного происхождения.
При формировании отливок происходят фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями, развивающимися в разных участках отливки в разной степени, что вызывает напряженное состояние отливки и появление в ней различных дефектов в виде усадочных раковин и пор, утяжин, внутренних напряжений и трещин, зазора между отливкой и поверхностью формы.
Затвердевание различных частей отливки происходит неравномерно. Когда наружные слои затвердеют и изменят объем и размеры, во внутренних зонах еще находится жидкий сплав, который
должен претерпеть значительно большую усадку по сравнению с затвердевшими слоями. После окончания охлаждения объем внутренней части отливки уменьшается больше, чем объем, ограниченный внешними контурами всей отливки. Внутри литой заготовки образуются усадочные полости, не заполненные металлом. В ходе затвердевания отливки объемная усадка проявляется в виде крупных пустот — усадочных раковин и многочисленных мелких пор — усадочной пористости [1].
На рис. 1 приведена схема формирования концентрированной усадочной раковины.
Процесс усадки литейных сплавов, развивающийся при охлаждении отливок, складывается из усадки в жидком состоянии, усадки в период затвердевания и усадки в твердом состоянии. Размер усадочной раковины в основном определяется усадкой жидкого металла и усадкой в процессе затвердевания [3].
Сплошность сплава в отливке может нарушаться не только усадочными раковинами и порами, но и газовыми дефектами, образующимися при выделении газа из металла и возникающими в результате проникания газов в отливку через ее поверхностный слой (рис. 2)[2].
Рис. 1. Схема формирования усадочной раковины в отливке: а — жидкий сплав при температуре заливки; б — усадка в жидком состоянии; в — формирование усадочной раковины; г — форма усадочной раковины
в затвердевшей отливке
Показателями качества отливок являются: марка сплава, класс точности, группа сложности, масса отливки, габаритные размеры, временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, верхний предел твердости, нижний предел твердости, неравномерность твердости, микроструктура, припуски на механическую обработку, допуски размеров отливки, толщина необрабатываемых стенок и ребер, допуски по толщине необрабатываемых стенок и ребер, смещение от плоскостности поверхности на длине 600 мм, допуски массы отливки, шероховатость поверхности, экономический эффект.
Рис. 2. Газовые раковины на поверхности отливки: 1 — металл; 2 — песчаная форма
Эксплуатационные и механические свойства литых заготовок в первую очередь определяются микроструктурой. Отклонения микроструктуры являются следствием отклонений в химическом составе отливок и наличием в них несплош-ностей и включений.
К несоответствию по структуре относятся: отбел, половинчатость, ликвация, флокен.
Основные дефекты, образующие несплошности в теле отливки следующие: горячая трещина, холодная трещина, межкристаллическая трещина, газовая раковина, усадочная раковина, ситовидная раковина, песчаная раковина, шлаковая раковина, залитый шлак, графитовая пористость, усадочная пористость, газовая пористость, рыхлота, непровар жеребеек, вскип, утя-жина.
Включениями являются: металлическое включение, неметаллическое включение, королёк.
Причин возникновения брака в литейном производстве достаточно много: некачественные формовочные материалы, плохое качество шихты, неудачная конструкция самой детали или литниковой системы, нарушения технологии при формовке, заливке форм и охлаждении отливок.
Несплошности в теле отливки и включения, обнаруживаются, как правило, при механической обработке и при превышении определенных размеров не допустимы.
На рис. 3 приведены дефекты отливок.
Причинами образования усадочных раковин являются неправильный подвод металла в форму, а также заливка форм излишне перегретым металлом, неправильная конструкция отливки, допускающая скопление больших объемов металла в отдельных ее частях.
Газовые раковины образуются из-за недостаточной газопроницаемости и повышенной влажности формовочной смеси, недостаточной дегазации металла перед заливкой.
Усадочная пористость характерна для отливок из сплавов с широким интервалом кристаллиза-
ции. Причиной возникновения усадочной пористости является затруднённое, недостаточное питание отливки.
Металлическое включение — это дефект отливки в виде инородного металлического включения, имеющего поверхность раздела с отливкой, отличающегося по составу и структуре от основного металла и попадающего в него из внешних источников.
Такой дефект, как неметаллическое включение может образовываться в результате химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла, а также замешиваться в расплав механическим путем. Причинами образования песчаных раковин являются разрушение отдельных частей формы, смыв формовочной смеси расплавом при неправильном его подводе.
1 2 3
б
Рис. 3. Схема основных видов литейных дефектов: а — несплошности в теле отливки: 1 — усадочные раковины; 2 — газовые раковины; 3 — усадочная пористость; б — включения: 1 — металлические; 2 —неметаллические (песчаные раковины); 3 — королёк
Королёк — это дефект отливки в виде шарика металла, отдельно застывшего и несплавивше-гося с отливкой, образовавшегося брызгами при неправильной заливке.
На рис. 4 показаны литейные дефекты забракованных отливок.
Рис. 4. Литейные дефекты
Все перечисленные выше дефекты являются наиболее распространенными в литейном производстве и их устранение наиболее сложно.
Обеспечение высокого качества отливок требует строгой системы контроля исходных материалов и всего технологического процесса. Брак возникает из-за недоработки конструкции отливки или технологии, а также из-за нарушения технологического процесса. Повышение надежности литых заготовок может быть осуществлено только при применении управляемых технологических процессов, предотвращающих возможность образования в отливках тех или иных литейных дефектов.
Таким образом, основной задачей при разработке технологии изготовления литых заготовок является поиск таких методов разливки, которые позволяют обеспечить минимальные размеры дендритов и межосных промежутков, межзональную и междендритную ликвацию, мелкодисперсные неметаллические включения, отсутствие посторонних неметаллических и металлических включений, распределенную усадочную пористость, достаточно мелкое и равноосное зерно.
Литература
1. Чуркин Б. С. Теоретические основы литейных процессов. Свердловск, 1991. 200 с.
2. Литейное производство: учебник для металлургических специальностей вузов. М., 1987. 256 с.
3. Грузных И. В., Оболенцев Ф. Д. Надежность и технологичность в производстве стальных отливок. СПб., 1992. 272 с.
Поступила в редакцию 21 февраля 2011 г.
Селевцова Ирина Валерьевна — канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 25-54-86. E-mail: irinasiv@mail.ru
Selevtsova Irina Valeryevna — Candidate of Technical Sciences, assistant professor, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. (8635) 25-54-86. E-mail: irinasiv@mail.ru
