Брак литья

Брак литья — это совокупность дефектов и отклонений от заданных параметров, обнаруженных в отливках, полученных методами литья, и не соответствующих требованиям нормативно-технической документации (чертежам, техническим условиям, стандартам). Брак литья является следствием нарушения технологии, несовершенства оснастки, некачественных исходных материалов или ошибок на этапе проектирования. Классификация брака охватывает дефекты формы, размеров, структуры и химического состава металла.

Классификация брака литья

Брак литья подразделяют на два основных вида: исправимый и неисправимый. Исправимый брак может быть устранён сваркой, пропиткой, механической обработкой или другими методами без ухудшения эксплуатационных свойств детали. Неисправимый брак приводит к полной непригодности отливки и её отправке в переплав.

По происхождению

По месту возникновения и причинам дефекты делятся на:

• Литейные дефекты — возникают непосредственно в процессе заливки, кристаллизации и охлаждения отливки в форме.
• Дефекты формовки — связаны с некачественным изготовлением литейной формы или стержня.
• Дефекты плавки — обусловлены нарушениями режима плавки, состава шихты или модифицирования.

По месту расположения

• Внутренние — скрытые в теле отливки, выявляемые неразрушающими методами контроля (рентгенография, ультразвук).
• Наружные — видимые на поверхности или обнаруживаемые при визуальном осмотре.

Основные виды дефектов

Газовые раковины

Газовые раковины — полости округлой формы, образующиеся в результате выделения газов из расплава или из формы во время заливки. Причины: повышенная газонасыщенность металла, влажность формовочной смеси, низкая газопроницаемость формы, недостаточная выдержка расплава перед заливкой. Раковины могут быть единичными или образовывать скопления (ситовидная пористость). В зависимости от размера и расположения брак считается исправимым (заварка) или неисправимым.

Усадочные дефекты

Усадочные дефекты возникают при уменьшении объёма металла в процессе кристаллизации. К ним относятся:

• Усадочные раковины — крупные полости неправильной формы, часто с дендритной структурой на стенках. Образуются в массивных частях отливки (прибылях, узлах) при неправильной конструкции литниковой системы или недостаточном питании.
• Усадочная пористость — мелкие разветвлённые пустоты, распределённые по сечению отливки. Возникает при медленном охлаждении и отсутствии направленного затвердевания.
• Пористость — общее название для мелких газовых и усадочных пустот, часто неразличимых визуально.

Песчаные и шлаковые включения

Песчаные включения — частицы формовочной смеси, попавшие в металл из-за разрушения формы или стержня. Шлаковые включения — неметаллические частицы (оксиды, сульфиды), образующиеся при плавке и не удалённые из расплава. Включения снижают механические свойства и герметичность отливки.

Горячие и холодные трещины

• Горячие трещины — разрывы, возникающие в интервале температур кристаллизации (при температурах близких к солидусу) из-за усадочных напряжений. Имеют извилистую форму, окисленную поверхность. Характерны для сплавов с широким интервалом кристаллизации (например, стали, алюминиевые сплавы).
• Холодные трещины — образуются после полного затвердевания при температурах ниже солидуса под действием остаточных напряжений или внешних нагрузок. Имеют ровные края, светлую поверхность излома.

Неслитины и спаи

Неслитины — дефекты в виде несплошностей, образующиеся при слиянии двух потоков металла, имеющих разную температуру или разделённых окисной плёнкой. Спаи — дефекты, возникающие при недостаточном заполнении тонких сечений формы. Внешне проявляются как гладкие углубления или щели.

Искажение геометрии

• Коробление — изменение формы отливки под действием остаточных напряжений.
• Недолив — неполное заполнение полости формы, приводящее к отсутствию части детали.
• Перекос — смещение частей формы относительно друг друга, вызывающее несовпадение осей и плоскостей.

Отклонения по химическому составу и структуре

• Ликвация — неоднородность химического состава по сечению отливки. Различают дендритную (внутри кристалла) и зональную (в разных частях отливки) ликвацию.
• Отбел — образование в отливках из чугуна структурно свободного цементита, приводящее к повышенной твёрдости и хрупкости.
• Крупнозернистая структура — результат медленного охлаждения или нарушения режима модифицирования.

Причины возникновения брака

Технологические причины

• Неправильный выбор литниковой системы (недостаточное питание, турбулентность потока).
• Нарушение режимов заливки (температура, скорость, время).
• Некачественная формовочная смесь (низкая прочность, высокая влажность, газотворность).
• Ошибки в конструкции отливки (резкие переходы сечений, массивные узлы без прибылей).

Металлургические причины

• Высокое содержание газов и неметаллических включений в расплаве.
• Неправильный химический состав сплава.
• Нарушение режимов раскисления, модифицирования или легирования.

Организационные причины

• Отсутствие входного контроля шихтовых материалов.
• Нарушение технологической дисциплины персоналом.
• Неисправность оборудования (формовочных машин, плавильных печей).

Методы контроля и обнаружения

Для выявления брака литья применяются следующие методы:

• Визуальный осмотр — выявление наружных дефектов (трещин, раковин, недоливов).
• Измерение геометрических параметров — контроль размеров с помощью шаблонов, калибров, координатно-измерительных машин.
• Неразрушающий контроль:
• Ультразвуковая дефектоскопия — для обнаружения внутренних дефектов.
• Радиографический контроль (рентген, гамма-дефектоскопия) — для выявления раковин, трещин, включений.
• Капиллярный контроль (цветная дефектоскопия) — для поверхностных трещин.
• Магнитопорошковый контроль — для ферромагнитных материалов.
• Разрушающий контроль — вырезка образцов, металлографический анализ, механические испытания.

Способы исправления брака

• Заварка — устранение раковин и трещин сваркой (для углеродистых и легированных сталей, чугуна).
• Пропитка — заполнение пор и микротрещин специальными составами (полимерными, силикатными) для обеспечения герметичности.
• Механическая обработка — удаление поверхностных дефектов (зачистка, обрубка).
• Термическая обработка — снятие остаточных напряжений, исправление структуры (отжиг, нормализация).
• Правка — устранение коробления и деформации (холодная или горячая правка).

Экономические аспекты

Брак литья ведёт к прямым убыткам (стоимость переплава, дополнительная обработка) и косвенным потерям (снижение производительности, простои оборудования). В литейных цехах уровень брака нормируется и обычно составляет от 1 % до 10 % в зависимости от сложности отливки и типа сплава. Для снижения брака внедряются системы статистического контроля качества, автоматизация процессов заливки и формовки, а также компьютерное моделирование литейных процессов (CAE-системы, например, ProCAST, MAGMASOFT).

Источники

• ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов».
• ГОСТ 3.1901-85 «Единая система технологической документации. Правила оформления документов на дефекты отливок».
• «Литейное производство» под ред. А. М. Михайлова, 2018.
• «Дефекты отливок. Причины возникновения и методы устранения» — справочник, 2020.
• «Технология литейного производства» — учебник для вузов, 2019.