Организация контроля качества отливок в литейном производстве

В группу включения входят дефекты в виде инородных металлических или неметаллических частиц, попавших в металл механическим путем.

• Металлические включения – дефект в виде инородного металлического включения, имеющего поверхность раздела с отливкой.
• Неметаллические включения – дефект в виде неметаллической частицы, попавшей в металл механическим путем либо образовавшееся в результате химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла.
• Королек – дефект в виде шарика металла, отдельно застывшего и несплавившегося с отливкой. Образуется в результате затвердевания брызг металла при неправильной заливке.

Для отливок с тонкими стенками и массивными узлами специфичны дефекты группы несоответствие по структуре:

• Отбел - твердые трудно поддающиеся механической обработке участки отливки из серого чугуна, вызванные скоплением структурно свободного цементита. Они характерны для тонких сечений отливок (стенок, ребер и т.п.). Возникают при ускоренном охлаждении, но могут быть связаны с отклонениями химического состава. По существу, это появление структуры белого чугуна в сером чугуне.
• Половинчатость – появление структуры серого чугуна (графита) в отливках из белого чугуна. Характерна для массивных участков отливок. Возникает при пониженных скоростях охлаждения.
• Ликвация – местное обогащение участков отливки одним или несколькими компонентами сплава или примесями. Различают внутрикристаллическую (дендритную) ликвацию, проявляющуюся в обогащении границ зерен ликвируюшими элементами и образовании неравновесных структурных составляющих; зональную ликвацию - неоднородность химического состава в макрообъёмах отливки: ликвацию по плотности, связанную с различием плотности жидких фаз или твердой и жидкой фаз сплава. Возникает в результате избирательной кристаллизации при затвердевании.
• Флокен – дефект в виде разрыва тела отливки в результате избыточного содержания водорода в стали и под действием внутренних напряжений. В изломе отливки флокен имеет вид пятна матового цвета с гладкой поверхностью.

Несоответствие структуры отливок  во многих случаях рассматривается  более широко. Для ответственных  отливок может регламентироваться не только микро-, но и макроструктура, а в микроструктуре могут регламентироваться размер, форма и равномерность распределения различных структурных составляющих, соотношение фаз и т.п. Для каждого сплава несоответствие (несовершенство) структуры носит сугубо индивидуальный характер. Для выявления этих дефектов используются методы металлографического анализа и физические структурно-чувствительные методы неразрушающего контроля. Ликвационные дефекты выявляются также химическим анализом путем отбора проб из разных участков отливки или методами микролокального химического анализа.

Необходимо отметить, что в классификации  дефектов по ГОСТ 19200-80 отсутствуют  определения дефектов типа несоответствия химического состава, несоответствия механических свойств, несоответствие макро- и микроструктуры, несоответствие массы и др. . Это не следует понимать в том смысле, что указанные отклонения перестали играть какую-либо роль в оценке качества отливок. Напротив, внимание к ним повысилось и они были выведены за рамки понятия "литейный дефект", стали самостоятельным браковочным признаком. Особо важное значение соответствие состава и свойств приобретает для ответственных отливок из специальных высоколегированных сплавов. Несоответствие свойств обычно можно рассматривать как вторичное явление, т. е. как следствие влияния литейных дефектов и отклонений химического состава при их раздельном или совместном влиянии. На ряд ответственных отливок общего машиностроения разработаны специальные ГОСТы, в которых установлены допустимые нормы по дефектности отливок, указаны механические характеристики сплава и требования, предъявляемые к его структуре, а также даны рекомендации по набору методов контроля. В ряде отраслей, выпускающих форсированные, высокоскоростные, сильно нагруженные машины и отливки для них (ж. д. транспорт, подъемники для людей, авиация, автостроение и т. п.), требуется проведение большого комплекса испытаний как свойств материала, так и самих отливок. Также повышенные требования к контролю качества предъявляются к изделиям с особыми свойствами: работа при повышенных и пониженных температурах, немагнитные, с высокой демпфирующей способностью и т. п..

Для реализации описанных выше видов контроля отливок и выявления дефектов используют неразрушающие и разрушающие методы контроля.

• Разрушающие методы контроля сопровождаются полным или частичным разрушением отливки или специально прилитой к ней пробы. Такие методы контроля дороги и трудоемки, поэтому применяются для выборочного контроля отдельных отливок.
• Методы неразрушающего контроля позволяют выявить дефекты и определить качество материала отливки без ее разрушения. Этими методами можно контролировать все без исключения отливки. Неразрушающий контроль отливок является наиболее предпочтительным.

Выбор метода контроля определяется габаритом отливок и их массой, склонностью отливок к образованию того или иного литейного дефекта, техническими требованиями и условиями эксплуатацииизделий и т.д. Также учитывают возможность использования того или иного оборудования в цехе, продолжительность и безопасность контроля для обслуживающего персонала и смежных участков производства.

Для контроля качества отливок широко применяют радиографические методы дефектоскопии. К ним относятся рентгенография, гаммаграфия и бетатронография. В рентгенографии в качестве источника излучения используют рентгеновскую трубку, в гаммаграфии - радиоактивные изотопы, в бетатронографии - бетатрон. Общим для них является приемник излучения, в качестве которого применяют радиографическую пленку или пластинку.

Для контроля качества отливок  чаще всего применяют рентгенографию и гаммаграфию. При гамма-дефектоскопии используют различные стационарные и переносные гамма-аппараты, ими просвечивают отливки из стали с толщиной стенок до 60 мм, из легких цветных сплавов - до 120 мм. Бетатрон применяют для контроля стальных отливок с толщиной стенок 100÷500 мм, титановых -175÷800 мм, алюминиевых 280÷1400 мм и магниевых - 450÷2000 мм.

При люминесцентной дефектоскопии отливки погружают на некоторое время в раствор, состоящий из керосина, бензина и минерального масла, к которому подмешано флуоресцирующее вещество (дефектоль, люминофор), способное светиться при облучении его ультрафиолетовым излучением. Вынутую из такого раствора отливку промывают, сушат и обсыпают порошком окиси магния или другого вещества, способного впитывать жидкость. После этого отливку подвергают облучению ртутно-кварцевой лампой. Если отливка не имеет трещин, то она при облучении остается темной. Если же в отливке есть поверхностные трещины, то они начинают светиться голубоватым или зеленоватым светом.

Для цветной дефектоскопии приготовляют раствор, состоящий из керосина, трансформаторного масла и скипидара. В этот раствор добавляют органический краситель (судан). Проверяемую отливку не менее чем на 30 мин погружают в этот раствор, а после извлечения промывают сильной струей воды. Пульверизатором или кистью покрывают отливку тонким слоем каолина (белая глина) или раствором мела и сушат при температуре 100—120°С. После того как каолин или мел впитает в себя раствор из трещин и высохнет, на белой поверхности отливки выявляются тонкие ярко-оранжевые линии, показывающие место нахождения трещин.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на возбуждении и распространении в контролируемом сплаве упругих механических колебаний с частотой более 20 кГц. В практике контроля применяют несколько различных ультразвуковых методов: теневой, резонансный и эхо-метод.

При теневом методе источник и приемник ультразвуковых колебаний размещают  с разных сторон стенки отливки. При  отсутствии в ней дефектов сигнал на выходе приемника сохраняется  неизменным.

Резонансный метод основан на распространении  в отливке волн, которые возникают  при совпадении собственной частоты  объекта и частот возбуждаемых в  нем колебаний. Такой метод используют для измерения толщины стенок, а также для выявления дефектов отливок.

Эхо-метод использует способность  ультразвуковых волн отражаться от границ раздела сред, т. е. и от дефектов. Источник ультразвуковых колебаний  одновременна используется и как приемник. Время, по истечении которого эхо-сигнал возвращается на головку приемника, зависит от глубины залегания дефекта. Этот метод позволяет не только выявить нарушения сплошности, но и определить, где и на какой глубине находится дефект.

При магнитной дефектоскопии для определения дефектов в отливках применяют несколько методов. Один из методов основан на том, что предварительно намагниченную отливку помещают между полюсами электромагнита или в магнитном поле соленоида,, по которому пропускают ток. Если такую катушку передвигать вдоль намагниченной отливки, то при наличии дефекта изменяется направление магнитного потока и в витках катушки возникает э. д. с. индукции, величина которой измеряется гальванометром. По показаниям гальванометра и судят о месте нахождения дефекта отливки.

При другом магнитном способе обнаружения  дефектов намагниченную отливку  покрывают сухим порошком или  смачивают жидкой магнитной эмульсией. Нанесенные на поверхность отливки  порошок или эмульсия собираются в месте расположения скрытого дефекта  и выявляют таким образом его границы.

Пневмоиспытание производят под давлением воздуха до 6 кгс/см². Перед испытанием наружную поверхность отливки покрывают мыльным раствором. Негерметичность полостей отливки выявляют по мыльным пузырям, свидетельствующим о наличии сквозных пор или отверстий.

Гидроиспытание отливок производят под давлением воды от 8 до 100 кгс/см². Запотевание стенок отливки свидетельствует о наличии течи.

Спектральным и химическим анализом определяют химический состав отливок. Для этого используют литник отливки или образец для механических испытаний, иногда пробу, которую берут непосредственно из плавильной печи, заливочного ковша и при заливке расплава.

Механические испытания отливок могут проводиться полностью, частично или не проводиться совсем. Например, при контроле качества ответственных по назначению отливок из серого чугуна проверяют изгиб, стрелу прогиба, твердость, предел прочности на растяжение и иногда на сжатие. Для испытания отливают специальные образцы, из которых вытачивают пробы для механических испытаний. Иногда образцы для испытаний вырезают из отливок. Так как в этом случае происходит разрушение отливки, то техническими условиями или другим документом заранее устанавливается размер партии отливок, от которой берется одна для изготовления из нее образцов.

По структуре сплава можно судить о свойствах отливки. Структуру сплава устанавливают при рассмотрении специально приготовленных образцов (шлифов) невооруженным глазом (макроанализ) или под металлографическим микроскопом с увеличением в 100—500^х (микроанализ).

Таким образом, обеспечение высокого качества отливок требует наряду с организационно-техническими мероприятиями широкой и строгой системы контроля. Контроль производится в различном объеме в зависимости от конкретных условий и требований. При индивидуальном и мелкосерийном производстве крупных и средних по массе, но сложных по конструкции отливок, порядок и перечень контрольных операций может существенно расширяться, что также важно при освоении массового производства. При хорошо отлаженном производстве, стабильности качества исходных материалов, неизменности технологического процесса контроль качества может быть существенно сокращен введением выборочной проверки и проверки по графикам.