Повышение качества литья
реклама
´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:39 Page 49 49 НОЯБРЬ 2006 Ю. Воронин, С. Воронин, Волгоградский ГТУ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТЬЯ ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕННЫХ ГАЗОВЫХ РАКОВИН В номерах 1 и 2 технического альмана ха «Оборудование» был изложен мате риал по определению разновидностей и причин возникновения светлых газовых раковин с использованием архитектур ных построений и цветных фотографий дефектов. Этот материал является пер вой лекцией сборника компьютерных лекций «Системный анализ повышения качества литья». В настоящей статье из лагается первая часть второй лекции. Из общего числа газовых раковин большая доля приходится на окислен ные. Эти раковины возникают изза вы деления газов в процессе сгорания го рючих веществ в стержне и форме, от остающегося в форме или захваченного при заливке металла воздуха и др. Окис ленные раковины поражают самые раз личные отливки и в особенности корпус ные с тонкополостными стержнями. На рисунках 1—3 представлены отлив ки с окисленными газовыми раковина ми. Для лучшего определения характе ристик отличия дефекта они приведены и в увеличенном виде. Если вниматель но присмотреться к увеличенным фраг ментам дефектов, можно увидеть, что их поверхность имеет окисленный вид. Этот вид значительно отличается от светлых гладких газовых раковин, от цвета поверхности механически обра ботанной отливки. Кроме этого, по Рис. 1а. Отливка «Рабочий орган насоса» с гладкой газовой раковиной Рис. 1б. Фрагмент отливки «Рабочий орган насоса» с дефектом (увеличено) Рис. 2а. Отливка «Кронштейн» с гладкой поверхностью раковины и расположенными на ней точечными шероховатыми местами Рис. 2б. Фрагмент отливки «Кронштейн» с дефектом (увеличено) ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:39 Page 50 50 ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 3а. Фрагмент отливки «Рабочий орган)6» с раковиной, располагающейся в верхних частях отливки Рис. 3б. Фрагмент отливки «Рабочий орган)6» с дефектом (увеличено) верхность раковин гладкая, что хорошо можно увидеть на всех увеличенных фрагментах. Из рассмотренного следует, что поверх ность окисленных раковин всегда гладкая и окисленная. Это является основным от личием всех окисленных раковин. Однако окисленные раковины имеют и ряд других отличий. Для их четкого определения про анализируем три основных вида окислен Рис. 4. Архитектура визуальных совпадений и различий гладких окисленных газовых раковин. Причины возникновения установленных дефектов ных раковин. Однако окисленные ракови ны имеют и ряд других отличий. Для их четкого определения проанализируем три основных вида окисленных раковин: два с поверхностью серосинего цвета и один, встречающийся довольно редко, с цвета ми побежалости на ее поверхности. Системный анализ дефектов отливок позволил установить, что у каждого де фекта есть свои характерные отличия. Зная эти отличия, легко установить рас сматриваемый дефект на площадке бра ка. Но для этого необходимо семикрат ное увеличительное стекло и фонарик. И рекомендуется не откладывать рас смотрение дефекта на другое время, а, изучив его сразу, приступить к поиску причин возникновения брака отливки. На основании данных системного анали за построена архитектура визуальных сов падений и различий гладких окисленных раковин, которая приведена на рисунке 4. Архитектура имеет пять уровней, кото рые описывают совпадения и различия окисленных раковин. g На первом уровне описываются сов падаемые признаки рассматриваемых газовых раковин, которые являются глад кими и окисленными. На рисунках 1—3 мы уже рассмотрели газовые раковины с такими признаками. На рисунке 5 представлены фрагменты отливки «Коллектор» с окисленной газо вой раковиной. Рассматриваемая рако вина формировалась в горячем металле, что послужило причиной образования ее гладкой поверхности. При формировании такой раковины в затвердевающем ме талле поверхность может иметь и не глад кий вид, а гладкошероховатый. И это пу тает литейщиков, направляя их на ликви дацию дефекта в другом направлении. Приведу одни пример из практики. Очень хороший завод с мощным технологичес ким персоналом изготавливали отливки для глубинных насосов. На рисунках 6—8 представлены отливки «Рабочий орган» с дефектами, которые имеют гладкошеро ховатую поверхность и напоминают уса дочную раковину. Раковины вскрываются при обработке поверхности отливки. Работы по ликвидации раковин велись в направлении борьбы с усадочными рако винами, но успеха не было. Все это при вело к мысли, что надо проанализиро вать конструкцию отливки на наличие в них термических узлов. На рисунке 9 представлен разрез отливки «Рабочий орган» по оси симметрии. Цифрой «2» от мечено Lобразное сечение стенок, где образуется рассматриваемая раковина. Цифрой «1» отмечено Tобразное соеди нение, в котором раковины не образуют ся. Если следовать теории образования усадочных дефектов, то раковина в пер вую очередь образуется в более массив ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:39 Page 51 51 НОЯБРЬ 2006 ных частях отливки. При замере терми ческих узлов в соединениях стенок уста новлено, что в Тобразном соединении стенок (1), где нет усадочных раковин, диаметр вписанной окружности состав ляет 11 мм, а в Lобразном соединении (2), где есть раковины усадочного харак тера, диаметр составляет 8 мм. Отсюда вывод: если усадочная раковина не об разуется в более крупном соединении стенок 1, то в меньшем соединении 2 она образоваться не может. Это окончатель но подтверждает то, что раковины обра зовались не изза усадочных явлений. Изучая под увеличением поверхности раковин было установлено, что дефекты имеют отверстия, соединяющие полость раковины с полостью, где расположен стержень. При обработке отливки со сто роны рабочих лопаток вскрылись отвер стия, связывающие отливку с полостью стержня (рис. 11). Анализ описанного позволяет опреде лить данный дефект как раковину газоуса дочную. Причина возникновения раковины в повышенном газовом давлении со сторо ны стержня. Условия формирования рако вины — в среде кристаллизующегося ме талла, в результате чего поверхность рако вины гладкошероховатая. Механизм об разования раковины можно представить следующим образом. При заполнении ме таллом полости отливки начинается про цесс его охлаждения с последующей крис таллизацией. Оливка имеет тонкие стенки и заливается в кассеты из стержней, уста новленные в форму из влажной формовоч ной смеси. Процесс отверждения металла идет ускоренно изза небольшой толщины стенок, что способствует быстрому обра зованию корок металла. В связи с отсутст вием в форме и стержнях вентиляционной системы, выделяющийся из стержней газ создает высокое давление и прорывает тонкую корку начинающегося кристалли зоваться металла. В результате прорыва газа в металл образуется гладкошерохо ватая газовая раковина, называемая газо усадочной (рис. 10). g На втором уровне архитектуры рассма тривается вид поверхности раковин, кото рые бывают матовыми и блестящими. На рисунке 11 отливка «Рабочий орган насо са» имеет гладкую газовую раковину с ма товой поверхностью. Матовая газовая ра ковина представлена и на механически обработанной отливке «Корпус» (рис. 12). Раковина имеет овальную форму и обра зована на верхней поверхности отливки. Раковина с блестящей поверхностью на отливке «Рабочий орган» представлена на рисунке 3. Поверхность раковины уве личенная, овальной формы, гладкая окисленная. Такую же блестящую по верхность можно увидеть у раковины от ливки «Кронштейн» на рисунке 2. Рис. 5а. Фрагмент отливки «Коллектор» с газовой раковиной, имеющей гладкую поверхность Рис. 5б. Фрагмент отливки «Коллектор» с дефектом (увеличено) Рис. 6. Отливка рабочего органа 7 с окисленной, шероховатой раковиной в месте соединения стенок Рис. 7. Отливка рабочего органа 7 с окисленной, шероховатой раковиной на ее обратной стороне Рис. 8. Отливка «Рабочий орган)6» с окисленной, шероховатой раковиной в месте соединения стенок Рис. 9. Сечение отливки «Рабочий орган)6» ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:39 Page 52 52 ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 10а. Фрагмент отливки «Рабочий орган» с окисленной шероховатой раковиной Рис. 10б. Фрагмент отливки «Рабочий орган» с дефектом (увеличено) Рис. 11. Отливка «Рабочий орган», срезанный со стороны стержня Подводя итоги просмотра на двух уровнях окисленных газовых раковин, можно отметить, что наметилось разде ление раковин на матовые и блестящие. g На третьем уровне рассматривается цвет поверхности раковин. Здесь наме тилось разделение раковин на три груп пы. Цвет раковин первой и второй группы одинаков — серосиний цвет недолитой отливки, а поверхность тре тьей группы раковин покрыта окислами в виде цветов побежалости. Наиболее часто встречаются раковины первых двух групп. На рисунке 13 рассматривается фраг мент отливки «Маховичок», дефект ко торой имеет поверхность серосинего Рис. 12а. Отливка «Корпус» с гладкой газовой раковиной округлой формы Рис. 12б. Фрагмент отливки «Корпус» с дефектом (увеличено) цвета недолитой отливки. Такой цвет связан с окислением кислородом по верхности расплавленного металла. Отливка «Рабочий орган насоса6», имеющая газовую раковину серосинего цвета недолитой отливки с точечными, шероховатыми местами, представлена на рисунке 14. Здесь отчетливо просмат ривается синий цвет поверхности рако вины, ее гладкий и блестящий вид. Тако го размера раковины возникают при зна чительном давлении газа в стержнях, не имеющих хорошей вентиляции. На рисунке 15 представлен фрагмент отливки «Лапа» с окисленной раковиной в виде цветов побежалости. Это доволь но редкий вид дефекта. Поверхность ра ковины блестящая гладкая. Цвет поверх ности раковин резко отличается от свет лых и от окисленных наличием радужной, очень тонкой пленки окислов, чаще всего розоватофиолетовой. Мы рассмотрели третий уровень архи тектуры, где представлен цвет поверхно сти раковин. Здесь мы имеем разделе ние блестящих раковин по цветам — од ни имеют серосиний цвет, а другие, очень редкие, цвет побежалости. После полученной информации следует вер нуться к площадке брака и проанализи ровать, каким же образом проводится исследование дефектов на подавляю щем большинстве заводов. Анализ проведем на примере одного завода, который производит отливки и детали для горнообогатительных ком бинатов. Разделим работу на три этапа. ИЗУЧЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФЕКТА Рис. 13а. Фрагмент отливки «Маховичок» с гладкой округлой раковиной серо)синего цвета Рис. 13б. Фрагмент отливки «Маховичок» с дефектом (увеличено) Рассматривать будем отливку «Плита дробящая» массой 560 кг из стали 110Г13Л с дефектами, которые завод квалифицировал как усадочные. Борьба с этим браком на предприятии велась пу тем заварки раковин. ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:39 Page 53 53 НОЯБРЬ 2006 На рисунке 16 приведена отливка «Пли та дробящая», на которой со стороны ра бочей поверхности имеются дефекты. При тщательной очистке поверхности от ливки просматриваются раковины серо синего цвета, расположенные в углубле ниях рельефа отливки. Для более точно го определения вида раковин, было про ведено изучение серии дополнительных видов дефектной поверхности отливок. На рисунке 17 представлен фрагмент отливки «Плита дробящая», где в углуб лениях профиля имеются раковины се росинего цвета. На рисунке 18 пред ставлен увеличенный фрагмент плиты, в углублениях которой отчетливо видны гладкие раковины серосинего цвета и разнообразной формы. Следует отме тить, что на всех рассмотренных отлив ках раковины располагаются в углубле ниях рельефа рабочей поверхности пли ты и это несет очень ценную информа цию о природе возникновения дефектов. Это будет учтено при определении при чин возникновения раковин. Заключительным этапом в определе нии вида рассматриваемого дефекта мо жет служить представленный на рисунке 19 фрагмент углубленной части отливки с обилием дефектов. При внимательном изучении дефекта отчетливо видна гладкая матовая поверх ность раковины серосинего цвета, име ющая сферическую или другую форму, размером более 2 мм. Такую характерис тику имеют газовые раковины, образо ванные в результате термодеструкции ор ганического вещества, создающего обильное выделение газа. Из представ ленных на рисунке 19 раковин, некоторые имеют свищевидное проникновение в от ливку. Это свидетельствует о том, что в этом месте форма имела обильное ло кальное выделение газа, т.е. на поверхно сти формы присутствовали частицы ве щества с повышенной газотворностью. Другие раковины располагаются на по верхности или с небольшим проникнове нием в тело отливки. Имея полученную информацию, возвратимся к архитектуре рассматриваемых газовых раковин и сравним полученные отличительные при знаки дефектов с теми, которые описаны по схеме. Это раковины гладкие окислен ные матовые, серосинего цвета недоли той отливки, размером более 2 мм. Полу ченные признаки совпадают с описанием в архитектуре, следовательно, мы пра вильно определили вид дефекта. Рис. 14а. Отливка «Рабочий орган)6» с раковиной окисленной Рис. 14б. Фрагмент отливки «Рабочий орган)6» с дефектом (увеличено) Рис. 15а. Отливка «Лапа» с раковиной гладкой блестящей окисленной, поверхность покрыта окислами в виде цветов побежалости Рис. 15б. Фрагмент отливки «Лапа» с дефектом (увеличено) Рис. 16. Отливка «Плита дробящая» со стороны рабочей поверхности Рис. 17. Фрагмент отливки «Плита дробящая» с дефектами (увеличено) АНАЛИЗ ВОЗНИКШИХ СИТУАЦИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФЕКТА Анализируя материалы, изложенные при определении вида раковин, можно отметить следующее: ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:40 Page 54 54 ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 18. Фрагмент отливки «Плита дробящая» с раковинами серо синего цвета, гладкими (увеличено) Рис. 19. Фрагмент отливки «Плита дробящая» с гладкими окисленными газовыми раковинами серо)синего цвета Рис. 20а. Отливка «Опора» с газовой раковиной размером более 3 мм Рис. 20б. Фрагмент отливки «Опора» с дефектом (увеличено) Рис. 21а. Отливка «Рабочий орган)5» с газовой раковиной приплюснутой формы и блестящей поверхностью Рис. 21б. Фрагмент отливки «Рабочий орган)5» с дефектом (увеличено) g раковины образуются в углублениях отливки. Такие же углубления имеются на модельной оснастке; g некоторая часть раковин формируется в направлении линий различной формы; g из поверхности нижней полуформы происходит локальное выделение газа со свищевым пронизыванием жидкого металла в сторону верхней полуформы. Исследуя модельную оснастку и техно логию изготовления форм, установлено, что в качестве разделительного покры тия моделей используется керосин с гра фитом. Покрытие наносится квачом пу тем смазывания поверхности модели, при этом жидкость стекает в углубления. Очищение модельной оснастки от остат ков керосина производится довольно редко. При заполнении опоки смесью, оставшийся в углублениях керосин впи тывается формой и является источником образования газовых раковин. СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ГАЗОВЫХ ОКИСЛЕННЫХ РАКОВИН Для ликвидации рассматриваемого де фекта рекомендуются два направления: g полностью удалять из оснастки из лишки противоадгезионного покрытия на основе керосина. g заменить используемые газотворные покрытия моделей менее газотворными. Рассмотренный материал по ликвидации дефекта может служить примером по этапному изучению вида дефекта, причин его возникновения и способа ликвидации. g На четвертом уровне рассматривает ся форма раковин. Она может быть от сферической до приплюснутой формы. На рисунке 20 представлена отливка «Опора» с газовой раковиной серосине го цвета, гладкой, матовой. Форма рако вины сферическая, ее размер более 3 мм. Дефект образовался под стояком. Это говорит о том, что произошел разо грев заливаемым металлом нижней час ти полуформы из песчаноглинистой смеси, в результате чего произошло уси ленное газообразование от формы в ме талле. Часть газа вышла из формы через стояк, а часть осталась в форме в виде раковины. Заливка металла через рас средоточенные боковые питатели и хо рошая вентиляция формы верха ликви дировала рассматриваемый дефект. Газовые раковины округлой приплюсну той формы, размером более 5—10 мм свидетельствуют о высоком давлении га за в стержне. Такой дефект представлен на рисунке 21, где рассматривается от ливка «Рабочего органа5» с газовой ра ковиной гладкой окисленной блестящей, приплюснутой, размером более 30 мм. На увеличенном фрагменте отливки от четливо видна поверхность приплюсну ´ ŁŁ .qxd 03.11.2006 16:40 Page 55 55 НОЯБРЬ 2006 той раковины. Дефект возник изза от сутствия хорошей вентиляционной сис темы в сложном стержне из плакирован ной песчаносмоляной смеси, которая имеет достаточно высокую газотворную способность (до 19 см3/г смеси). Созда ние незаливаемой металлом вентиляци онной системы позволило ликвидиро вать возникновение газовых раковин. g На пятом уровне рассматривается расположение раковин в отливке по ее положению при заливке. Положение ра ковин на отливке во многом помогает найти причину возникновения дефекта. Например, если раковина расположена на поверхности отливки и к тому же она приплюснутая, то это вполне определен ный дефект — газовая раковина «Пузыри подкорковые». Если раковины пронизы вают толщу отливки и к тому же их по верхность покрыта окислами в виде цве тов побежалости, то этот дефект являет ся раковиной окисленной с цветами по бежалости. На рисунке 22 представлена отливка «Фланец» с гладкой окисленной матовой раковиной, может располагаться в раз личных местах отливки и иметь неодина ковую форму. На увеличенном фрагмен те дефекта отчетливо видна окисленная поверхность серосинего цвета, гладкая матовая. Раковины имеют овальную и другую форму, расположены в верхней части отливки. По цвету раковины, ее форме и расположению можно предпо ложить, что она образовалась от продук тов сгорания формы. Ярким представителем раковины «Пузы ри подкорковые» является дефект на от ливке «Корпус» (рис. 23). Раковина имеет гладкую окисленную серосинего цвета поверхность с точечными шероховатыми местами. Располагается дефект на гори зонтальной поверхности и отделен от по верхности отливки тонкой коркой. Такой дефект образуется со стороны стержней при отсутствии вентиляционной системы. В центре раковины видна «горошина», именуемая фосфидным «выпотом», кото рая образовалась в результате повышен ного содержания фосфора в чугуне. На рисунке 24 представлена отливка «Диск тормозной» с гладкими блестящи ми окисленными газовыми раковинами, преимущественно сферической формы, расположенные небольшими группами у поверхности отливки, вскрывшимися по сле механической обработки. Из описанного следует, что окисленные газовые раковины имеют три разновид ности, у каждой из которых имеются свои причины возникновения. В следующем номере журнала Вы по знакомитесь с причинами возникнове ния окисленных газовых раковин и спо собами их ликвидации. Рис. 22а. Отливка «Фланец» с гладкой, округлой раковиной серо)синего цвета, может располагаться в различных частях отливки Рис. 22б. Отливка «Фланец» с дефектом (увеличено) Рис. 23а. Отливка «Корпус» имеет газовую раковину окисленную, серо)синего цвета недолитой отливки Рис. 23б. Фрагмент отливки «Корпус» с дефектом (увеличено) Рис. 24а. Отливка «Диск тормозной» с раковиной светлой, гладкой, окисленной Рис. 24б. Фрагмент отливки «Диск тормозной» с дефектом (увеличено)
