Дефекты плавки и литья

Несоответствие заданному химическому составу получается вследствие ошибок, допущенных при расчете шихты, в результате неправильного проведения плавки или выгорания отдельных компонентов сплава. В результате отклонения от заданного химического состава происходит изменение рабочих характеристик сплава. Такие отливки не могут быть использованы для изготовления изделий ответственного назначения.

Неметаллические (шлаковые и флюсовые) включения (рис. I) появляются из-за нарушения технологии плавки. Они могут образовываться, например, в стали вследствие засорения шлаками, продуктами раскисления, огнеупорами и продуктами реакции между ними, имеют неправильную форму и располагаются в различных местах отливки. В слитке шлаковые включения в основном расположены в верхней его части. При обработке давлением включения деформируются в направлении волокна, оставаясь при этом физически обособленными от разделяемых ими поверхностей металла.

Неслитины (рис. 2) образуются в металле вследствие пониженных скорости и температуры литья. Они представляют собой несплошности, начинающиеся у поверхности слитка. Неслитины возникают в результате частичной кристаллизации сплава на открытой поверхности. При низкой скорости литья металл поступаетк стенке кристаллизатора неравномерно. Там, где слой расплава тоньше, температура его быстро снижается и начинается кристаллизация.

Кристаллы, опускаясь в расплав, образуют сплошную твердую корочку. Поступающий жидкий металл заливает корочку, нагревая ее ниже температуры плавления. Расплав над корочкой кристаллизуется быстрее основной массы, поэтому создается новый твердыйслой. Несплошность, появившаяся между двумя корочками, и есть неслитина. Неслитины опасны для нагруженных деталей. Они видны на рентгеновском снимке в виде хорошо очерченных прерывистых или сплошных темных линий.

Усадочные раковины (рис. 3) возникают из-за недостаточного питания слитка или отливки металлом в процессе кристаллизации. В результате в верхней части слитка образуются большие полости неправильной формы. В некоторых случаях они распространяются вдоль оси слитка почти по всей его высоте. При дальнейшей обработке они превращаются в различные нарушения сплошности. Часть слитка с усадочной раковиной (прибыльную часть) необходимо удалять. При этом на переплавку идет до 25 % массы слитка. В этом отношении непрерывная разливка стали имеет преимущества, так как исключает появление усадочных раковин.

Газовая пористость и газовые пузыри возникают при кристаллизации из-за выделения газов, растворившихся в металле в процессе плавки. Эти дефекты рассеяны по всему объему слитка или сосредоточены в подкорковом слое. В отличие от шлаковых включений газовые пузыри имеют округлую форму. При обработке давлением сердцевинные пузыри завариваются, подкорковые запрессовываются. При нагреве запрессованный пузырь может вздуться и обнажиться в виде трещины.

Ликвация представляет собой неоднородность отдельных участков металла по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям. Этот дефект не нарушает сплошности металла. Однако прочность металла в зоне ликвационной неоднородности понижена: в этой зоне иногда наблюдается разрушение металла. На рис. 4 показана пятнистая ликвация.

Горячие трещины возникают в процессе затвердевания сложных сплавов. Под действием термических и усадочных напряжений при высоких температурах происходит разрушение закристаллизовавшегося скелета сплава; при этом образуются межкристаллические горячие трещины с сильно окисленными поверхностями. Часто возникают в местах резкого перехода отливки от большого поперечного сечения к малому вследствие неодновременного охлаждения. Характерными признаками горячих трещин являются неровные (рваные) края и значительная ширина.

Холодные трещины возникают в слитке после окончания процесса затвердевания. Под действием термических и усадочных напряжений при относительно низких температурах, когда пластичность сплава мала, происходит разрушение отливки; при этом образуются транскристаллические холодные трещины со светлыми неокисленными поверхностями. Вероятность образования таких трещин выше у высоколегированных сталей и сплавов, обладающих низкой температуропроводностью, меньшей пластичностью и содержащих структурные составляющие с различными удельными объемами и коэффициентами линейного расширения.

В круглых слитках возникают центральные и радиальные трещины. Центральные трещины могут быть горячими и холодными. Радиальные, как правило, — горячими. На рис. 5 показаны трещины в слитках сплава В95.