Виды дефектов металлических изделий
Из-за дефектов ухудшаются физико-механические свойства металлов, такие как электропроводность, магнитная проницаемость, прочность, плотность, пластичность. Принято различать дефекты тонкой структуры или атомарного масштаба, а именно дислокации, вакансии и т. п., и более крупные. К последним относятся субмикроскопические трещины, возникающие на границах кристаллических блоков и на его поверхности.
Еще более грубыми являются микро- и макроскопические дефекты металлических изделий, свидетельствующие о нарушении сплошности или однородности. Они появляются по двум причинам: из-за несовершенства применяемой технологии и низкой технологичности многокомпонентных сплавов. Дело в том, что при работе с такими сплавами необходимо строго соблюдать режимы, установленные для всех стадий изготовления и обработки.
С точки зрения прикладного, технического понимания дефектами называют отклонения от установленной нормы, при которых ухудшаются эксплуатационные качества металла или металлического изделия, происходит снижение сорта или браковка изделий. Но нужно понимать, что не каждый изъян металла распространяется на изделие. Если отклонения не влияют на работу металлической детали, они не воспринимаются как дефекты.
Отклонения, признанные дефектами для изделий, эксплуатируемых в одних условиях (например, при усталостном нагружении), могут не учитываться в других условиях эксплуатации (например, при статическом нагружении).
Дефекты литья в металлических изделиях
Сегодня в металлургии принято использовать несколько классификаций брака, получаемого при литье.
Дефекты делятся на виды по расположению. Итак, если внутри сайта обнаружен брак, он считается внутренним. Если проблема проявляется при дальнейшей обработке, это называется внешним браком.
С точки зрения внешнего проявления различают такие основные виды дефектов литья, как пригар, при котором слой формовочной массы, спеченный с металлом, прочно прикреплен к поверхности заготовки, и приливы, представляющие собой отклонение в размер отливок из проекта в большую сторону.
Часто дефекты литья проявляются в виде поверхностных дефектов. Это включает:
- Блокировки. Массы зерен земли или шлака. Эта проблема возникает из-за ошибок, допущенных при проектировании пресс-форм, непродуманного расположения литников, несоблюдения технологии хранения и транспортировки.
- Ужимины – образуются при мокром формовании, когда земляной слой разрывается в месте конденсации жидкости и расплав заполняет образовавшуюся пустоту.
- Соединения, или неглины, возникают, когда происходит контакт между слоями охлажденного расплава. Поскольку необходимая температура не достигнута, потоки не могут сплавиться должным образом.
- Плен - появляются при окислении легирующих добавок.
- Сморщивание, или сморщивание. Этот дефект выглядит как разнонаправленные складки на поверхности металлического изделия. Такой дефект связан с накоплением в металле большого количества углерода.
- Выпот – провоцирует взрывной выброс скоплений графита, поэтому выглядит как множество лопнувших пузырьков.
- Корольки также появляются из-за разбрызгивания расплава при заливке. В этом случае металлический шарик кристаллизуется отдельно от отливки, не соединяясь с ней.
- Коробление отливки происходит из-за внутренних напряжений, спровоцированных неравномерным охлаждением.
Трещины также относятся к числу распространенных дефектов литья. Подобные дефекты изделий из металла также подразделяются на виды:
- Горячий. Возникают, когда металл достигает температуры кристаллизации, обычно вызываемой усадочным напряжением. Они имеют неправильную форму.
- Холодно. Они появляются при более низких температурах, чем горячие, при этом отличаются ровным прямым профилем.
- Межкристаллитный. Образуется на металлических изделиях из легированных сталей в тех местах, где имеются неметаллические включения.
Пластические дефекты металлических изделий
При отбраковке заготовок нередко приходится иметь дело с включениями посторонних металлических или неметаллических тел, причем последние бывают различных размеров и форм.
Надрыв представляет собой локальные несквозные разрывы, расположенные поперек или под углом к направлению обработки материала. Такие дефекты образуются из-за выявления внутренних несплошностей материала, а также несоблюдения норм, установленных для процесса обработки.
Сквозной разрыв отличается от предыдущего вида тем, что на металлическом изделии наблюдаются сквозные несплошности. Они образуются при деформации плоской заготовки, имеющей неравномерную толщину, либо причиной сквозного разрыва могут стать вкатанные инородные тела.
Укол имеет вид несквозных одиночных или групповых точечных углублений. Они появляются при использовании загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей, когда на заготовку попадают мелкие металлические и посторонние элементы. Еще одной причиной образования защемления могут быть выступы и налипшие частицы на валках.
Вмятинами называют отдельные одиночные углубления различной величины, формы, имеющие пологие края. Вмятины появляются из-за повреждения металла при производстве, транспортировке, хранении.
Выемка представляет собой углубление неправильной формы. Обычно такой дефект имеет острые края, так как появляется при ударе по металлическому изделию.
Отпечаток - периодически повторяющиеся углубления, выступы, расположенные по всему металлическому изделию или на отдельных его участках. Отпечатки появляются под действием неровностей на прокатных и правильных валках.
Булл имеет вид широкого продольного углубления с неровным дном и краями. Причиной его появления является резкое трение заготовки о часть оборудования, которым производится обработка.
Риска представляет собой продольное узкое углубление, дно которого может быть закругленным или плоским. Образуется при царапании заготовки металлического изделия выступами на поверхности оборудования.
Царапина представляет собой углубление неправильной формы, имеющее произвольное направление. Появляется из-за механических повреждений, например, при хранении, транспортировке металлических изделий.
Потертостью называют нарушение блеска на отдельном участке металлического изделия, а также скопление мелких разнонаправленных царапин. Такие дефекты появляются из-за трения металлических изделий между собой.
Налип появляется в результате прилипания частичек или слоя металла от инструмента к металлическому изделию.
Закат образуется из-за вдавливания в изделие частиц обрабатываемого металла, заусенцев, выступов и других дефектов, появившихся в процессе обработки.
Ожог проявляется в виде темных, оплавленных или окисленных пятен на металлическом изделии, которые образуются при превышении температуры, времени нагрева материала.
Отслоение выглядит как отрыв слоя материала на торцах, кромках металлического изделия, заготовки. Причина расслоения одна - изначально внутри металла были дефекты, такие как рыхлость, включения, внутренние разрывы, прогары.
Плен представляет собой пучок, обычно в виде шпунта, идущего в направлении обработки и соединенного с основным металлом одним краем. Такое расслоение появляется, если металл изначально имел надрывы, трещины, пузыри или при нагреве материала давали ему прогореть или расплавиться.
Отслаивание – это пластическая деформация, вызванная пережогом или недостаточной пластичностью металла периферийной зоны. В соответствии с названием такие надрывы в металлическом изделии больше всего похожи на чешую или сетку.
Рябь выглядит как скопление впадин, появившихся на металлическом изделии в процессе прокатки или плавления.
Мятая поверхность – вид деформации, при котором на металлическом изделии появляются складки, изгибы, волны, при этом не вызывающие разрыва металла.
Излом представляет собой полосу поперек направления прокатки или под углом к нему. Перегибы появляются из-за резкого перегиба в процессе намотки, размотки рулонов или при переносе тонких листов.
Подтравление выглядит как пятна, полосы, которые появляются на металлическом изделии из-за неравномерного травления.
Перетравление – это местная или общая эрозия поверхности изделия, проявляющаяся точечными или контурными углублениями. Образуется, как и недотравливаемый, при несоблюдении режима травления.
Пятна загрязнения могут быть в виде полос, разводов, пятен. Они оставляют на поверхности металлического изделия технологическую эмульсию, загрязненное масло, мазут.
Пятна коррозии могут быть светлыми или темными, обычно имеют шероховатую консистенцию, так как появляются под действием коррозии.
Цвета темперирования проявляются в виде окисленных участков, то есть пятен и полос различной окраски и формы. Такие пятна отличаются гладкой поверхностью, так как появляются при нарушении норм термической обработки и травления.
Звонкость характерна только для круглых металлических заготовок – на их поверхности появляются повторяющиеся кольцевые выступы и впадины. Это связано с пластической деформацией, плавлением.
Следы плавления чем-то похожи на звон, они имеют вид повторяющихся светлых и темных полос. Однако в этом случае полосы идут вдоль заготовки в любом направлении: они могут быть продольными, поперечными или спиральными. Образуется при плавлении.
Меднение проявляется в виде покраснения некоторых участков поверхности металлического изделия. Такие пятна образуются после контактного осаждения меди, что связано с нарушением режимов термической обработки и травления.
Полумесяц полос и лент – это отклонение формы металлического изделия от линейки. Такой дефект измеряется в миллиметрах на метр длины полуфабриката.
Овальность – это отклонение поперечного сечения изделия от формы круга. Если с – максимальное, d – минимальное и m – средний диаметр поперечного сечения, то по формуле c – d/m×100 можно рассчитать отклонение от идеальной формы в процентах.
Разнотолщинность стенки - несоответствие толщины стенки по длине трубы номинальной толщине или разность толщины заготовки по ее площади.
Разброс по толщине - отклонение толщины плоского изделия по длине и ширине от установленных параметров или разность толщины стенки по длине металлической трубы.
Фестончатость – это появление выступов по краю металлического изделия при глубокой штамповке листов и лент. Направление выступов соответствует направлению оси прокатки.
Методы обнаружения дефектов металлопродукции
Существует несколько уровней исследования, которые применяются при разной глубине и размерах дефектов:
- Субмикроскопическое исследование.
- Микроанализ.
- Макроанализ.
Под дефектами кристаллической структуры металлов принято понимать отклонения от строения идеального, то есть бездефектного, кристалла.
1. Субмикроскопическое исследование.
Его целью является выявление дефектов на границах кристаллов или зерен. Дело в том, что из-за неравномерной кристаллизации или недостаточного питания зародышей жидким раствором между блоками кристаллов появляются тонкие прослойки. Или причина может быть скрыта в выделении нерастворимых соединений и элементов на поверхность кристаллов твердой фазы. Так, фосфор и ряд тугоплавких металлов не способны образовывать соединения с железом в сталях, поэтому осаждаются по границам зерен.
В число субмикроскопических дефектов входит скол в стали 38Х2МЮА. Причина их появления проста: при легировании стали алюминием по границам зерен выделяются локальные плоскости, которые при дальнейшей обработке становятся слабым местом металла.
2. Микроанализ.
При таком исследовании для обнаружения дефектов используются микроскопы с увеличением более 100 раз. Именно микроанализ чаще всего используется при поиске дефектов литья. Этот метод позволяет определить зернистость, наличие и количество включений неметаллической природы, меди, серы и фосфора, структуру металла.
Соотношение углерода и легирующих элементов, содержащихся в стали, определяет, какие твердые фазы выделяются при кристаллизации. Отметим, что эти ступени имеют разную прочность, твердость и пластичность. В коррозионностойких сталях при различных температурных режимах охлаждения образуются аустенитная, мартенситная или ледобуритная фазы.
Также показатель зерна является одной из ключевых характеристик, определяющих качество металла. Дело в том, что при снижении этого показателя повышается пластичность металла, но снижается его прочность. Однако легирование карбидообразователями или огнеупорными материалами позволяет добиться упрочнения стали при сохранении ее исходной пластичности.
Одним из основных направлений микроаналитических исследований является определение доли вредных примесей и неметаллических включений (в процентах). Чаще всего в роли вредных примесей выступают сера и фосфор, благодаря которым сталь приобретает такие свойства, как красноломкость и хладноломкость.
Чтобы металл можно было использовать для производства изделий, пропорция этих двух элементов должна укладываться в установленные нормы. Благодаря контролю неметаллических включений можно установить содержание в стали оксидов, сульфидов, нитридов и других соединений. Отметим, что такие примеси могут влиять на металл как положительно, так и отрицательно.
3. Макроанализ.
Этот метод исследования представляет собой визуальное обнаружение дефектов металлических изделий, другими словами, с его помощью осматривают поверхность при увеличении до 30 раз. Такое исследование позволяет обнаружить крупные дефекты в поверхностных или глубоких слоях металла. Нужно понимать, что макроскопические дефекты могут образовываться на любом этапе производства металлического изделия – от выплавки до хранения. Чаще всего после выявления таких деформаций металл бракуют или возвращают на доработку.