Дефекты литья: разновидности брака и причины их образования

Дефекты литья: разновидности брака

Литейное производство неизбежно сопряжено с появлением отклонений в геометрии и структуре отливок. Дефекты литья представляют собой нарушения, которые возникают на разных стадиях технологического цикла - от подготовки формы до кристаллизации расплава. Понимание природы этих отклонений позволяет предупреждать брак при литье металлов и подбирать способы его устранения. Ниже рассмотрены систематизация подобных нарушений и ключевые факторы, приводящие к их возникновению.

Систематизация металлических отливок по типам брака

В металлургии заполнение форм расплавом реализуется различными методами: применяют песчаные, вакуумно-плёночные и оболочковые формы, а также кокили. Отдельно выделяют литьё по выплавляемым и по газифицируемым моделям, равно как и заливку под давлением. Классификация дефектов отливок строится на нескольких основаниях, которые характеризуют степень повреждения, место обнаружения и форму проявления нарушения. Такое разграничение помогает оценить пригодность детали к дальнейшей обработке.

Первым критерием служит масштаб повреждения и реальность его устранения. По этому признаку выделяют три категории брака:

1. Условный брак - отливка обладает незначительными недостатками, которые не снижают её качества, поэтому деталь передаётся на последующую обработку.
2. Исправимый брак - повреждения существенны, однако поддаются устранению производственными методами; в качестве примера служит наплавка, после которой заготовку направляют дальше по циклу.
3. Окончательный брак - деталь ремонту не подлежит, поскольку исправление либо невозможно, либо экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости.

Второе основание - место выявления дефекта. Если нарушение обнаружено непосредственно на участке изготовления, его относят к внутренним; когда же брак проявляется в ходе дальнейшей обработки, он считается внешним. Третий критерий связан с местом проявления отклонения: сюда входят пригар, приливы, поверхностные дефекты, трещины, газовые нарушения и изменение структуры металла.

Пригар, приливы и их разновидности

Пригаром называют слой формовочных материалов, которые спеклись с металлом и прочно закрепились на поверхности отливки. Приливами же именуют не предусмотренное проектом увеличение размеров детали. Эта группа нарушений неоднородна и подразделяется на несколько типов в зависимости от механизма образования.

• Заливы - формируются вдоль линии соединения частей формы вследствие некачественной стыковки опок и несоблюдения размеров моделей.
• Распор - результат давления расплава на рыхлую формовочную смесь.
• Нарост - возникает при размывании формы потоком расплава в момент заливки.
• Просечки - появляются, когда расплав проникает в повреждённые участки стержня и формы.

Поверхностные нарушения и трещины

К дефектам поверхности причисляют несколько характерных отклонений. Засоры проявляются в виде шлаков и зёрен земли, а их источником становятся ошибки проектирования. Ужимины образуются при сырой формовке, когда слой земли разрывается там, где конденсируется жидкость. Спаи возникают из-за недостаточной температуры процесса, а корольки - при разбрызгивании расплава, когда шарик металла кристаллизуется, но не сплавляется с телом отливки.

Трещины в отливках относятся к частым нарушениям и делятся на холодные, горячие и межкристаллические. Отдельную группу образуют газовые дефекты, к которым принадлежат ситовидная пористость и газовые раковины. Изменение структуры металла характерно для отливок из чугуна: на поверхности детали формируется тонкое включение чугуна иного вида. Совокупность этих отклонений отражает многообразие процессов, протекающих при затвердевании расплава.

Причины появления брака при заливке металлов сводятся к нескольким факторам. К ним относят низкую газопроводимость формы, нарушение вентиляции отливки, а также отступления от технологии - неверный режим заливки и охлаждения, ошибочную последовательность изготовления формы, ненадлежащий состав земли и шихты. Соблюдение этих параметров существенно снижает вероятность образования отклонений.

Отклонения при формовании пластмасс

Литьё пластмасс сопровождается собственным набором характерных нарушений, отличных от металлических отливок. Наиболее распространённые из них перечислены ниже, с указанием природы возникновения и особенностей проявления.

1. Пригарные свили. Их природа совпадает с механизмом образования свилей из-за избыточной влажности и заметно пригоревших участков. Устранение требует обширных знаний в области конструкции оснастки, переработки и полимеров. Обычно такие свили имеют тёмный либо серебристый оттенок, иногда доходящий до чёрного.
2. Свили из-за избыточной влаги. Они выглядят как блестящие вытянутые полосы на поверхности изделия и типичны для полиамидов, полиметилметакрилата, АБС-пластика и САН-пластика. При плавлении недостаточно просушенных полиамидов формируются пузырьки водяного пара, которые выходят наружу и лопаются на поверхности детали.
3. Спаи. При заполнении полости или формы несколько потоков раскалённой массы соединяются между собой, порождая спаи. Явление часто сопровождает изготовление полиамидных изделий: в спае скапливается влага из материала, контакт с холодной стенкой формы оставляет тонкую риску. Для удаления такого слоя понижают влажность сырья и корректируют режим сваривания.
4. Облой. Его образование обусловлено рядом причин, одной из которых выступает избыточное давление при формовании. Наиболее часто дефект проявляется при выпуске тонкостенных изделий.
5. Увеличение толщины изделия. К изменению толщины приводят различные обстоятельства, в том числе появление облоя. Чтобы при формовании достигалась заданная толщина, на этапе проектирования учитывают жёсткость формы.

Свили влажностного происхождения и пригарные свили внешне схожи, однако различаются по оттенку, что помогает определить источник нарушения ещё до анализа режимов переработки.