Навигация по таблицам
- Таблица 1: Классификация дефектов литья
- Таблица 2: Поверхностные дефекты и их характеристики
- Таблица 3: Внутренние дефекты литья
- Таблица 4: Методы неразрушающего контроля
- Таблица 5: Сравнение методов выявления дефектов
- Таблица 6: Нормативные документы и стандарты
Таблица 1: Классификация дефектов литья
| Тип дефекта | Подвиды | Размер выявления | Основные причины | Допустимость |
|---|---|---|---|---|
| Раковины | Газовые, усадочные, земляные | От 0,5 мм | Влажность формы, газонасыщенность | Условно допустимы до 3 мм |
| Трещины | Горячие, холодные | От 0,1 мм | Термические напряжения, усадка | Недопустимы |
| Включения | Шлаковые, песчаные, оксидные | От 0,5 мм | Плохая очистка металла, разрушение формы | Ограниченно допустимы |
| Поры | Газовые, точечные | От 0,2 мм | Выделение газов при кристаллизации | Допустимы при рассеянном расположении |
| Несплошности | Непровары, холодные спаи | От 1 мм | Низкая температура, неправильная заливка | Недопустимы в ответственных деталях |
Таблица 2: Поверхностные дефекты и их характеристики
| Дефект | Внешний вид | Глубина залегания | Методы выявления | Влияние на прочность |
|---|---|---|---|---|
| Поверхностные трещины | Линейные разрывы | 0-2 мм | ВИК, МПК, ЦДК | Критическое снижение |
| Пригар | Слой спекшейся формовочной смеси | Поверхность | Визуальный контроль | Незначительное |
| Заливы | Металлические наплывы | Поверхность | ВИК, измерительный | Геометрические отклонения |
| Утяжины | Углубления с закругленными краями | 0,5-3 мм | ВИК, профилография | Концентрация напряжений |
| Плены | Тонкие окисные пленки | 0-0,5 мм | МПК, ЦДК | Снижение усталостной прочности |
Таблица 3: Внутренние дефекты литья
| Тип дефекта | Характеристика | Размеры | Влияние на свойства | Метод обнаружения |
|---|---|---|---|---|
| Усадочные раковины | Полости неправильной формы | 5-50 мм | Снижение плотности на 15-40% | УЗК, РК |
| Газовые раковины | Сферические полости | 1-20 мм | Снижение прочности на 10-25% | УЗК, РК |
| Шлаковые включения | Неметаллические частицы | 0,5-10 мм | Концентраторы напряжений | РК, УЗК |
| Внутренние трещины | Плоскостные разрывы | Длина 2-100 мм | Критическое снижение прочности | УЗК, АК |
| Ликвационные зоны | Области измененного состава | 10-100 мм | Неравномерность свойств | Металлография, УЗК |
Таблица 4: Методы неразрушающего контроля
| Метод | Принцип действия | Выявляемые дефекты | Чувствительность | Применимость |
|---|---|---|---|---|
| УЗК | Отражение ультразвуковых волн | Внутренние дефекты, трещины | 0,5-1 мм | Все металлы, толщина 8-500 мм |
| РК (рентген) | Поглощение рентгеновского излучения | Внутренние дефекты, включения | 1-2% толщины | Толщина до 100 мм стали |
| МПК | Магнитные поля рассеяния | Поверхностные трещины | 0,001 мм раскрытие | Ферромагнитные материалы |
| ЦДК | Капиллярное проникновение пенетранта | Поверхностные дефекты | 0,1 мкм раскрытие | Все материалы |
| ВИК | Визуальный осмотр | Видимые поверхностные дефекты | 0,5 мм | Все материалы |
Таблица 5: Сравнение методов выявления дефектов
| Критерий сравнения | УЗК | РК | МПК | ЦДК |
|---|---|---|---|---|
| Производительность | Высокая | Средняя | Высокая | Средняя |
| Стоимость контроля | Средняя | Высокая | Низкая | Низкая |
| Документирование | Электронное | Рентгенограммы | Фотофиксация | Визуальное |
| Требования к персоналу | 2-3 разряд | 3 разряд + лицензия | 2 разряд | 1-2 разряд |
| Безопасность | Безопасен | Радиационная опасность | Безопасен | Химическая безопасность |
Таблица 6: Нормативные документы и стандарты
| Стандарт | Область применения | Основные требования | Дата введения |
|---|---|---|---|
| ГОСТ Р 55724-2013 | УЗК сварных соединений | Методы контроля, чувствительность | 2015 (действует) |
| ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 | Магнитопорошковый контроль | Основные требования | 2012 (заменил ГОСТ 21105-87) |
| ГОСТ Р ИСО 9934-2-2011 | МПК - дефектоскопические материалы | Магнитные порошки и суспензии | 2012 (действует) |
| ГОСТ ISO 17638-2018 | МПК сварных соединений | Технология контроля | 2019 (действует) |
| EN 12680-3:2003 | УЗК чугуна с шаровидным графитом | Европейские требования | 2003 (действует) |
| ГОСТ 7512-82 | Радиографический контроль | Отменен в 2015, применяется до замены | Переходный период |
Оглавление статьи
Введение
Дефекты литья представляют собой различные несплошности, включения и отклонения от заданной геометрии, которые возникают в отливках в процессе их изготовления. Своевременное выявление и классификация дефектов литья имеет критическое значение для обеспечения качества и безопасности металлических изделий. Современные методы неразрушающего контроля позволяют обнаруживать дефекты размером от долей миллиметра, что существенно повышает надежность литых деталей.
Согласно статистическим данным литейного производства, брак отливок составляет от 5 до 20% от общей массы выпускаемой продукции. Наиболее распространенными дефектами являются раковины различного происхождения (35-40% от общего количества), трещины (20-25%), неметаллические включения (15-20%) и геометрические отклонения (10-15%). Применение современных методов контроля позволяет снизить количество брака до 2-5%.
Классификация дефектов литья
Дефекты литья классифицируются по нескольким основным признакам. По месту расположения различают поверхностные и внутренние дефекты. По происхождению дефекты подразделяются на технологические, связанные с нарушением процесса литья, и конструктивные, обусловленные особенностями конструкции отливки.
Основные группы дефектов
Согласно действующим стандартам, дефекты литья подразделяются на следующие основные группы: несплошности (трещины, раковины, поры), включения (шлаковые, песчаные, оксидные), отклонения геометрии (коробление, смещения), поверхностные дефекты (пригар, заливы, утяжины) и изменения структуры металла.
Поверхностные дефекты литья
Поверхностные дефекты являются наиболее легко обнаруживаемой категорией дефектов литья, поскольку они доступны для визуального контроля. Основными видами поверхностных дефектов являются трещины, пригар, заливы, утяжины, наросты и плены.
Поверхностные трещины
Поверхностные трещины представляют собой разрывы металла, выходящие на поверхность отливки. Горячие трещины образуются при высоких температурах в процессе кристаллизации и имеют окисленную поверхность темного цвета. Холодные трещины возникают после полного затвердевания металла вследствие термических напряжений.
Пригар и заливы
Пригар представляет собой слой спекшейся формовочной смеси, прочно соединенный с поверхностью отливки. Заливы возникают при проникновении жидкого металла в зазоры между частями литейной формы. Эти дефекты влияют главным образом на геометрическую точность отливки и качество поверхности.
Внутренние дефекты литья
Внутренние дефекты представляют наибольшую опасность, поскольку они не видны при внешнем осмотре и могут быть обнаружены только методами неразрушающего контроля. К внутренним дефектам относятся усадочные и газовые раковины, внутренние трещины, неметаллические включения и ликвационные зоны.
Усадочные раковины
Усадочные раковины образуются вследствие объемной усадки металла при затвердевании. Они имеют неправильную форму с шероховатой внутренней поверхностью. Размеры усадочных раковин могут достигать 10-15% от объема отливки. Наиболее эффективными методами их обнаружения являются ультразвуковой и радиографический контроль.
Объемная усадка стали составляет 6-7%. Для отливки объемом V = 1000 см³ объем усадочной раковины может составить:
Vраковины = V × 0,07 = 1000 × 0,07 = 70 см³
Газовые раковины
Газовые раковины представляют собой полости сферической или близкой к ней формы, образующиеся вследствие выделения газов из жидкого металла. Причинами их образования являются избыточная влажность формовочной смеси, недостаточная вентиляция форм, газонасыщенность металла.
Методы неразрушающего контроля
Современные методы неразрушающего контроля обеспечивают высокую эффективность выявления дефектов литья без повреждения изделий. Основными методами являются ультразвуковой, радиографический, магнитопорошковый, капиллярный и визуальный контроль.
Ультразвуковой контроль
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн распространяться в твердых телах и отражаться от границ раздела сред с различными акустическими свойствами. Метод позволяет обнаруживать внутренние дефекты на глубине от 2 мм до нескольких метров.
Принцип работы УЗК
Ультразвуковой дефектоскоп генерирует короткие импульсы ультразвуковых колебаний частотой 0,5-25 МГц. Импульсы через преобразователь вводятся в контролируемое изделие и распространяются до встречи с дефектом или донной поверхности. Отраженные сигналы принимаются тем же или другим преобразователем и анализируются электронным блоком.
h = (V × t) / 2
где: h - глубина залегания дефекта, мм;
V - скорость ультразвука в материале, м/с;
t - время прохождения импульса, мкс.
Пример: При скорости 5900 м/с в стали и времени 10 мкс:
h = (5900 × 10 × 10⁻⁶) / 2 = 29,5 мм
Особенности УЗК литья
При контроле литых изделий необходимо учитывать структурные особенности материала. В чугуне с пластинчатым графитом ультразвук сильно затухает, что ограничивает глубину контроля до 100-150 мм. Для чугуна с шаровидным графитом эти ограничения менее критичны.
Рентгенографический контроль
Рентгенографический контроль основан на различной способности материалов поглощать рентгеновское или гамма-излучение. Метод обеспечивает высокую чувствительность выявления внутренних дефектов и возможность их документирования на рентгенограммах.
Техника рентгенографии
Контролируемое изделие размещается между источником излучения и детектором (рентгеновская пленка или цифровой детектор). Дефекты в виде полостей поглощают излучение слабее, чем основной металл, что приводит к появлению более темных участков на рентгенограмме.
Преимущества и ограничения
Радиографический контроль обеспечивает высокую достоверность результатов и возможность документирования. Основными ограничениями являются радиационная опасность, высокая стоимость оборудования и ограничения по толщине контролируемых изделий (до 100 мм для стали).
Магнитопорошковый контроль
Магнитопорошковый контроль предназначен для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов в ферромагнитных материалах. Метод основан на образовании полей рассеяния магнитного потока в местах нарушения сплошности материала. Технология регламентируется серией стандартов ГОСТ Р ИСО 9934.
Современная нормативная база МПК
С 2016 года в России действует обновленная нормативная база для магнитопорошкового контроля. Основные стандарты: ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 устанавливает основные требования, ГОСТ Р ИСО 9934-2-2011 регламентирует дефектоскопические материалы, ГОСТ ISO 17638-2018 специально для сварных соединений.
Технология проведения МПК
Контролируемое изделие намагничивается постоянным или переменным магнитным полем. На поверхность наносится магнитный порошок или суспензия. В местах дефектов частицы порошка образуют характерные скопления, называемые магнитными отпечатками.
Магнитопорошковый метод выявляет:
- Трещины с раскрытием от 0,001 мм
- Глубиной от 0,01 мм
- Длиной от 0,5 мм
- Подповерхностные дефекты на глубине до 2 мм
Предупреждение дефектов
Предупреждение дефектов литья достигается комплексом технологических мероприятий, включающих правильную подготовку шихтовых материалов, оптимизацию состава формовочных смесей, рациональное проектирование литниковых систем и соблюдение температурных режимов заливки.
Технологические меры
Для предотвращения газовых дефектов необходимо снижение влажности формовочных смесей до 3-4%, обеспечение достаточной газопроницаемости форм и стержней, дегазация жидкого металла. Усадочные дефекты предотвращаются правильным расположением прибылей, применением экзотермических смесей и направленным затвердеванием.
Расчеты и примеры
Расчет размера прибылей
Vпр = k × Vотл × Уоб
где: Vпр - объем прибыли, см³;
Vотл - объем отливки, см³;
Уоб - объемная усадка металла (для стали 0,06-0,07);
k - коэффициент запаса (1,2-1,5).
Пример расчета:
Для стальной отливки объемом 500 см³:
Vпр = 1,3 × 500 × 0,065 = 42,3 см³
Определение чувствительности УЗК
Sэкв = (Aдеф / Aэт) × Sэт
где: Sэкв - эквивалентная площадь дефекта, мм²;
Aдеф - амплитуда эхо-сигнала от дефекта;
Aэт - амплитуда эхо-сигнала от эталонного отражателя;
Sэт - площадь эталонного отражателя, мм².
Для контроля чугунной отливки корпуса насоса толщиной 40 мм необходимо выявить внутренние дефекты размером от 2 мм. Оптимальным является сочетание УЗК (для обнаружения крупных дефектов) и выборочного рентгенографического контроля критических сечений.
