Способы профилактики дефектов отливок из серого чугуна

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 

Департамент научно-технологической политики и образования 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования 

«Волгоградский государственный аграрный университет» 

 

Инженерно-технологический факультет 

Кафедра «Эксплуатация и технический сервис машин в АПК» 

 
 
 

В. А. Моторин  

Д. С. Гапич 

А. В. Грибенченко  

Н. А. Громцева 

 
 
 

СПОСОБЫ ПРОФИЛАКТИКИ 

ДЕФЕКТОВ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 

 

Учебное пособие 

для обучающихся по направлению 35.03.06 Агроинженерия,  
профиль Механизация сельскохозяйственного производства 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Волгоград 

Волгоградский ГАУ 

2021 

УДК 621.7 
ББК 34. 323 
С-73 

 
 
 

Рецензенты: 

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель 
науки РФ, академик РАН, директор Волгоградского филиала ФГБНУ 
ВНИИГиМ им. А. Н. Костякова В. В. Бородычев; доктор технических 
наук, доцент кафедры «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО 
Волгоградский ГАУ Е. А. Назаров 

 
 
 
 

С-73   Способы профилактики дефектов отливок из серого чугуна: 
учебное пособие для обучающихся по направлению 35.03.06 Агро-
инженерия, профиль Механизация сельскохозяйственного произ-
водства / В. А. Моторин, Д. С. Гапич, А. В. Грибенченко, Н. А. Гром-
цева. – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2021. – 92 с. 

 
 
 
 
В пособии излагается методика идентификации литейных де-

фектов в чугунных отливках, которая содержит описание морфологи-
ческих признаков дефекта, возможные причины возникновения, меры 
профилактики и наиболее типичные ошибки. 

Предназначается студентам высших учебных заведений, бака-

лавров по направлению 35.03.06 Агроинженерия, профиль Механиза-
ция сельскохозяйственного производства. 

 
 

УДК 621.7 

ББК 34. 323 

 
 
 

© 
ФГБОУ 
ВО 
Волгоградский 

ГАУ, 2021 
© Авторы, 2021 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Литейные пороки, обнаруженные непосредственно в цехе или у 

потребителя отливок после механической обработки и даже в оконча-
тельно собранном изделии, независимо от того, приводят ли они к 
окончательному браку или требуют сложного и трудоемкого исправ-
ления, всегда служат поводом для серьезных разногласий, т.к. вызы-
вают существенные потери в сфере производства и эксплуатации. 

Чаще всего брак литья возникает в результате одновременного 

воздействия нескольких причин, неблагоприятное сочетание которых 
иногда, даже при хорошо отлаженной технологии, вызывает «вспыш-
ки» массового брака, знакомые многим литейщикам из собственного 
опыта, поэтому было бы, скорее всего, неправильным указывать для 
каждого дефекта какую-либо конкретную причину. Однако, безуслов-
но, существуют наиболее вероятные и наиболее частные, так назы-
ваемые главные, причины возникновения каждого из рассматривае-
мых в настоящем пособии дефектов. 

В тексте они помечены звездочками. 
Для успешной работы с браком очень важно профессиональное 

умение безошибочно идентифицировать дефекты и выявлять основ-
ные причины их образования. 

Каждый дефект, рассмотренный в данном пособии, именуется 

своим традиционным названием, иногда отличающимся от стандарт-
ного, но обязательно напоминающим о более или менее спорном и 
неоднозначном характере его происхождения. 

Принятая классификация дефектов не имеет цифрового коди-

рования, т.к. охватывает только некоторые виды литейного брака и 
существенно отличается от рекомендаций ГОСТ большей детализа-
цией, что по нашему мнению диктуется реальной необходимостью. 
Например, такой дефект как газовые раковины разделен на пять ви-
дов; в самостоятельной вид выделены газовоусадочные раковины и 
шлакогазовые; трещины от напряжений разделяются на светлые и 
окисленные. 

Анализ охватывает только наиболее сложные, с точки зрения 

правильной идентификации и профилактики, литейные дефекты и не 
отводит места, так называемым, банальным видам брака, таким как 
обвал, перекос, недолив, пригар и др. 

Описание дефектов выполнено на разборе их морфологических 

признаков, поддающихся наблюдению невооруженным глазом, т.е. в 
основу идентификации положены такие критерии как внешний вид, 
форма, особенности расположения, размеры, цвет, блеск и др., позво-

ляющие в подавляющем большинстве случаев безошибочно относить 
дефект к тому, или другому виду и определить первоочередные меры 
борьбы. 

В разделах «характеристика дефектов» в каждом, где это только 

было возможно, случае отмечается главный специфический, прису-
щий только этому дефекту, морфологический признак, выделяемый в 
тексте крупным шрифтом. Наряду с этим, в пособие включены дан-
ные специальных исследований, раскрывающие истинную природу 
некоторых дефектов. 

Все рекомендации атласа основаны на материалах многолетних 

исследований, выполненных в лабораториях институтов и заводов, 
большая часть из них под руководством профессора, доктора наук 
Ильинского Владимира Александровича, и сверены с национальным 
опытом классификации и профилактики литейных дефектов амери-
канского, французского, немецкого и польского обществ литейщиков. 

 

Глава 1. ДИАГНОСТИКА И ПРОФИЛАКТИКА  
ДЕФЕКТОВ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА  
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ 

 

1.1 Методика работы с литейным браком 

 

Данное пособие литейных дефектов является средством, облег-

чающим специалисту с помощью системного научного подхода поиск 
правильного диагноза брака, и не должно рассматриваться как исчер-
пывающее собрание указаний на все случаи жизни. 

Учитывая тот факт, что в подавляющем большинстве случаев 

явления, вызывающие брак отливок значительно более сложны, чем 
это может показаться неискушенному человеку, эффективная работа 
по ликвидации дефектности литья требует знания основ теоретиче-
ского и практического металловедения, теории металлургический 
процессов, теории кристаллизации, физической химии и, конечно же, 
технологии литейного производства. 

Другими словами, успешное овладение данной методикой зави-

сит от того, кто ею будет пользоваться, но она намечает научные на-
правления анализа в той важной области литейного производства, где 
до настоящего времени преобладают, так называемые, эмпирические 
методы проб, затрудняющие выполнение главной задачи – профилак-
тики дефектов литья. 

При работе с литейным браком успех во многом определяется 

способностью специалиста наблюдать, делать логические выводы из 
наблюдаемых явлений и определять перечень дополнительных пара-
метров, необходимых и достаточных для полной и правильной клас-
сификации дефекта и методов его профилактики. 

Правильное определение нарушений технологического процес-

са, приводящих к появлению того или иного литейного дефекта, часто 
затруднено внешним сходством принципиально различных дефектов, 
требующих, как правило, индивидуальных профилактических меро-
приятий. 

При возникновении в цехе литейного брака технолог обязан по-

следовательно пройти следующие основные этапы анализа дефекта 
прежде, чем приступать к корректировке технологии. 

Предварительная формулировка проблемы 

Если, оценивая дефектную отливку, можно, например, отметить, 

что в отливке № 1 имеются холодные трещины, образующиеся только 
в строго определенном месте, каждый раз совпадающие с использова-
нием в шихте хромистого чугуна, боя изложниц и повышенного коли-
чества стального лома, металл достаточно перегрет и температура за-

ливки чугуна выше 1380 оС, то это означает, что существуют явные 
пути эффективности корректировки технологии, которая может при-
вести к положительному результату. 

Естественно, необходима уверенность в том, что данные холод-

ные трещины не являются боем в результате небрежности при транс-
портировке и перегрузках отливок. 

В данном случае формулировка проблемы полная, включающая 

в себя необходимые и достаточные для анализа и коррекции техноло-
гии параметры. 

Следует исключить использование хромистых чугунов и боя из-

ложниц в шихте, оптимизировать химический состав чугуна и поло-
жительный эффект в большей или меньше мере проявится. 

Если сформулировать проблему так: «В отливке № 1 имеются 

трещины шириной 0,05 мм и глубиной 5-8 мм в количестве не более    
1 шт.», то такая информация, несмотря на количественные характери-
стики дефекта, не содержит необходимых данных, обеспечивающих 
решение проблемы. Эта формулировка не эффективна. 
 

Еще пример: «В отливки № 2 имеются раковины неправильной 

формы с шероховатой поверхностью». Формулировка не эффективна. 

Если же специалист имеет основание сформулировать проблему 

так: «В отливке № 2 в зоне местного утолщения сечения, иногда появ-
ляются раковины неправильной формы с шероховатой, окисленной 
поверхностью», то формулировка проблемы является эффективной, 
хотя и не полной. Мы, например, не знаем, влияет ли на образование 
данных раковин химический состав чугуна и температура заливки, т.е. 
информации для корректировки технологии недостаточно и неизвест-
но, что это за дефект и почему он возникает не в 100 % случаев, а 
лишь иногда. Следовательно, необходим дальнейший анализ. 

Диагностика дефекта 

Путем сравнения брака с помещенными в атласе иллюстрация-

ми, описаниями дефекта, причинами происхождения, методами про-
филактики и наиболее частыми ошибками в их устранении необходи-
мо правильно классифицировать данный дефект чугунной отливки. 
Это иногда является довольно сложной задачей из-за чисто внешнего 
сходства некоторых принципиально различных дефектов. Например, 
газовые раковины, имеющие светлую неокисленную поверхность, мо-
гут образоваться от выделения водорода, из влаги формы или ковша, 
азота из термореактивных смол и, частично, окиси углерода. А такие 
же по размеру и форме газовые раковины, имеющие светлую поверх-
ность, слегка окрашенную цветами побежалости, свидетельствуют об 
излишней окисленности жидкого чугуна в результате использования 
ржавой шихты, взаимодействия углерода чугуна с окислами железа в 

формовочных материалах или шлаке. Меры их профилактики различ-
ны, различны и причины происхождения, хотя чисто внешне дефекты 
почти идентичны. 

Пользуясь приведенными характеристиками дефектов и их ил-

люстрациями как эталонами сравнения и, последовательно исключая 
те дефекты, морфологические признаки которых отличаются от ана-
лизируемого, можно найти единственный правильный ответ на во-
прос, что представляет собой данный дефект. 

Например, в ранее рассмотренном случае: «В отливке № 2, в зо-

не местного утолщения сечения, иногда появляются раковины непра-
вильной формы с шероховатой окисленной поверхностью»: 

1) путем сравнения внешнего вида дефектов с помещенными в 

пособии иллюстрациями находим, что данный дефект напоминает ри-
сунок 1.13, рисунок 1.14 и рисунок 1.44; 

2) анализ морфологических признаков на отливке № 2 показал, 

что в полости дефекта не содержится инородных включений, и по-
верхность раковины имеет следы выступающих дендритов, следова-
тельно, дефект рисунка 1.44 должен быть исключен из анализа и в 
дальнейшем продолжать сравнение с рисунком 1.13 и рисунком 1.14; 

3) анализируемый дефект располагается в термическом узле от-

ливки, по форме и рельефу поверхности может быть идентифициро-
ван с рисунком 1.14, т.е. с усадочной раковиной. 

На данной стадии диагностики еще нельзя делать однозначный 

вывод о причине дефекта, так как почти любой дефект иметь множе-
ство (до 30) различных причин происхождения. 

Поэтому характеристика дефекта должна быть существенно до-

полнена путем сбора (запроса) недостающих для анализа факторов.  

Поиск недостающих фактов 

Эти дополнительные данные собираются в процессе изучения 

качественных признаков дефекта и поиска ответа на такие вопросы 
как: «В каком месте? Как часто? Почему? Кто?» 

Например, усадочная раковина имеет вид открытой полости со 

стороны, противоположной подводу питателя. Возможно существен-
ное охлаждение металла, протекающего вначале через тонкостенные 
элементы отливки, и, вследствие этого плохая «подпитка» толсто-
стенного сечения. Нарушено «золотое» правило литейщиков: «Лей в 
прибыль», т.е. не обеспечены условиями направленного затвердева-
ния. (Почему?)  

Литниково-питающая система используется длительное время, а 

дефект возникает периодически, хотя температура заливки колеблется 
весьма существенно и не обнаруживает значимого влияния на вспыш-
ки брака. (Как часто?) 

Мастер плавки допускает завалку шихты без предварительного 

взвешивания компонентов, в результате чего химический состав и 
прочностные свойства металла изменяются в недопустимо широких 
пределах и вспышки брака совпадают с периодами плавки «жестких» 
сортов чугуна. (Кто?) 

После завершений стадий 2 и 3 можно поставить проблему таким 
образом, чтобы формулировка стала полной, и таким путем продвинуться 
к правильному решению задачи. 

Уточненная формулировка проблемы 

В новой постановке, после анализа дополнительных факторов, 

проблема может звучать так: «В отливке № 2 в удаленной от места 
подвода питания массивной части образуются усадочные раковины, 
появление которых не зависит от технологический колебаний температуры 
и всякий раз сопровождается применением доменных чугунов 
определенного завода-поставщика и «жесткой шихты». 

Проверка найденного решения 

Наиболее серьезная ошибка литейщиков-практиков состоит в 

том, что, надеясь на собственный опыт, многие из них приступают к 
проверке минуя первые 4 этапа анализа, т.е. не зная точной природы 
дефекта. Почти в 90 % случаев перескакивание через предварительные 
стадии обходится производству очень дорого, затягивает время 
ликвидации брака, подрывает авторитет специалиста и веру в его 
профессионализм. 

Проверка должна осуществляться исходя из принципа нанесе-

ния минимального возможного ущерба производству. 

Например, в данном случае следует проанализировать все от-

ливки или отливки-представители от забракованных в различные пе-
риоды партий литья, уделив особое внимание содержанию в чугуне 
углерода, кремния, фосфора и карбидообразующих элементов – хрома 
ванадия, марганца. Сравнить полученные данные с аналогичными ре-
зультатами исследования годных (или забракованных по другим при-
чинам) отливок и зафиксировать обнаруженную разницу. Проанали-
зировать сочетаются ли материалы Ваших исследований с уточненной 
формулировкой проблемы. Это дает возможность убедиться в значи-
мости влияния на возникновение дефекта шихты и химического со-
става чугуна. 

Если предлагаемое решение показывает, что вы действуете пра-

вильно, нужно переходить к стадии 6 и 7. 

Моделирование условий возникновения брака 

В общем случае данная стадия работы специалиста, строго го-

воря, не может считаться обязательной, поскольку она изначально 
предполагает получение партии дефектных отливок и уже этим нано-

сит производству ущерб. Вместе с тем данный этап работы несомнен-
но относится к наиболее квалифицированной части общей работы 
технолога – литейщика по профилактике брака, ставя по существу по-
следнюю точку в деле раскрытия причин происхождения того или 
иного дефекта литья. 

Способность специалиста моделировать условия возникновения 

брак по желанию, воспроизводя данный конкретный вид литейного 
дефекта в отливке, является свидетельством его высокой квалифика-
ции и служит необходимым и достаточным признаком того, что ис-
чезновение брака или его снижение на каком-то этапе экспериментов 
не является следствием случайных или же не учтенных факторов. 
Можно вносить коррективы в технологию. 

Корректировка технологического процесса 

В данном случае с отливкой № 2 в технологии необходимо рег-

ламентировать состав и количество компонентов шихты и химический 
состав чугуна в направлении повышения содержания углерода, сни-
жение хрома и марганца. Изменить литниковую систему таким обра-
зом, чтобы обеспечить направленное затвердевание отливок, т.е. 
обеспечить постоянную подпитку массивного элемента отливок. 

Прекратить использование чушковых чугунов с отрицательной 

наследственностью того завода – поставщика, при использовании ко-
торых возникает брак. Таким образом, поверхностных решений, осно-
ванных только на внешнем виде дефекта, следует избегать до тех пор, 
пока не получены соответствующие данные для определения наибо-
лее вероятной причины происхождения дефекта и метода его устра-
нения. Предлагаемое пособие несомненно может оказать специали-
стам помощь в данном вопросе при пользовании его в качестве спра-
вочного материала. 

 

1.2 Характеристика дефектов литья 

 

1.2.1 Дефекты напряженного состояния отливок 

 

При любой, практически даже самой простой, конфигурации 

отливки невозможно (или почти невозможно) достигнуть равномерно-
го охлаждения всех ее элементов, вследствие чего переход их после 
затвердевания 
из 
пластической 
области 
в 
область 
упруго-

пластического и упругого состояния происходит не одновременно, 
наводя, в общем случае, в более массивных элементах остаточные 
растягивающие напряжения, а в более тонких сжимающие. 

Для исследования остаточных напряжений используют специ-

альную технологическую пробу – усадочную решетку. Центральное 
массивное ребро в ней подвергается растягивающим напряжениям, 

уровень которых при определенной геометрии может превысить пре-
дел прочности чугуна при растяжении. В последнем случае происхо-
дит разрыв центрального ребра, как правило, в интервале температур 
от 580 оС до 20 оС. В этом же температурном интервале разрушаются 
и реальные отливки с высоким уровнем остаточных напряжений. При 
напряжениях меньших предела прочности разрушения отливок не 
происходит, но зачастую в них развивается такой дефект, как короб-
ление, который, сохраняясь после механической обработки, приводит 
к окончательному браку. 

Поскольку коробленые базовые поверхности чугунных отливок 

деформируются при сборке, в них могут возникнуть уже монтажные 
напряжения равного или противоположного с остаточными знака. При 
суммировании растягивающих остаточных и монтажных напряжений 
может произойти разрушение, казалось бы, годной детали при сборке 
изделия или в процессе его эксплуатации. 

Наиболее типичным примером отливок подобного типа могут 

служить головки цилиндров дизелей, разрушающиеся при затяжке 
шпилек крепления или в процессе обкатки двигателя из-за коробления 
привалочной плоскости. При этом контроль коробления сразу же по-
сле механической обработки не дает объективных результатов, т.к. 
коробление развивается во времени, вследствие чего разрушение де-
тали при сборке или обкатке порождает недоумение и необоснован-
ные требования к литейщикам повысить прочностные характеристики 
чугуна. Однако данную рекомендацию не следует безоговорочно при-
нимать к исполнению, так как во многих случаях применения более 
прочного чугуна может ухудшить положение из-за большей склонно-
сти к короблению таких отливок. 

Радикальными мерами литейной технологии в подобных случа-

ях служит соблюдение режимов искусственного старения отливок, а 
при механической обработке – уменьшение глубины подачи и скоро-
сти резания. 

Таким образом, дефекты напряженного состояния проявляются 

в короблении отливок или в появлении трещин в максимально напря-
женных местах, положение которых определяется геометрией отливок 
и всегда закономерно локализовано. В соответствие с температурным 
интервалом разрушения отливок различают трещины от напряжений 
светлые и трещины от напряжений окисленные. И те, и другие явля-
ются холодными трещинами, образование которых происходит в об-
ласти упругого состояния чугуна.