Дефекты отливок: контроль литья, методы обнаружения и устранения

А. П. ФИРСТОВ






ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК КОНТРОЛЬ литья, МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И УСТРАНЕНИЯ









Рекомендовано учебно-методическим советом Нижнетагильского технологического института (филиала) УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина в качестве учебно-методического пособия по дисциплинам «Производство отливок из чугуна и стали», «Производство отливок из цветных металлов» и «Технология литейного производства» для студентов всех форм обучения технических специальностей










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.747.58
ББК 34.6
     Ф62


Рецензенты:
ОАО «Нижнетагильский котельно-радиаторный завод» (главный инженер А. Н. Уманцев);
ОАО «Уральский научно-технологический комплекс»
А. В. Потапов




        Фирстов, А. П.

Ф62       Дефекты отливок: контроль литья, методы обнаружения и устране-
     ния : учебно-методическое пособие / А. П. Фирстов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 120 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1437-1

           Содержит основные службы по контролю бракованных изделий, виды контроля качества отливок, классификацию дефектов фасонных изделий, их обнаружение и описание способов устранения дефектных мест.
           Для студентов технических вузов при выполнении ими работ в рамках практических занятий, курсового и дипломного проектирования.

УДК 621.747.58
                                                         ББК 34.6














ISBN 978-5-9729-1437-1

     © Фирстов А. П., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

            ОГЛАВЛЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ................................................................4
1.  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК........................................................5
2.  ДЕФЕКТЫ В ОТЛИВКАХ ИЗ ЧУГУНА........................................9
2.1. Классификация и способы предупреждения дефектов отливок............9
2.1.1. Несоответствие по геометрии.....................................11
2.1.2. Дефекты поверхности.............................................23
2.1.3. Несплошности в теле отливок.....................................35
2.1.4. Включения.......................................................45
2.1.5. Несоответствие по структуре.....................................46
3.  КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК..........................................51
3.1. Химические методы исследования....................................52
3.2. Физические методы испытаний.......................................55
3.3. Физико-химические методы испытаний................................56
4.  РАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ.......................................57
4.1. Разрушение металлов...............................................57
4.2. Физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства.............................................57
5.  НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ..............................................75
5.1. Визуально-оптический контроль.....................................75
5.2. Капиллярный метод контроля........................................78
5.3. Магнитный метод контроля..........................................79
5.4. Токовихревой контроль.............................................81
5.5. Радиационный контроль.............................................82
5.6. Ультразвуковой контроль (УК)......................................84
5.7. Термический анализ................................................85
5.8. Калориметрический анализ..........................................86
5.9. Дилатометрия......................................................87
5.10. Хроматография....................................................88
5.11. Масс-спектрометрия...............................................90
5.12. Электрогравиметрия...............................................92
5.13. Кулонометрия.....................................................93
5.14. Кондуктометрия...................................................94
5.15. Титриметрия......................................................96
6.  ИСПРАВЛЕНИЕ БРАКОВАННЫХ ОТЛИВОК....................................98
6.1. Выбор способов исправления отливки................................99
6.2. Подготовка дефектного участка под заварку.........................99
6.3. Способы заварки чугуна............................................100
6.3.1. Горячая заварка.................................................101
6.3.2. Холодная заварка (заварка чугуна без подогрева)................103
6.3.3. Применение методов заварки для различных отливок................104
6.4. Несварочные способы удаления и исправления брака..................106
7.  ВОЗМОЖНЫЕ ОШИБКИ РАЗБРАКОВКИ ОТЛИВОК...............................113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................116
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...............................................117

3

            ВВЕДЕНИЕ



     Неоспоримо, что брак есть на каждом предприятии, но как показывает практика, учет брака, анализ дефектности и потери от него проводятся на ненадлежащем уровне, и только единичные предприятия, причем в основном крупные, используют полный пакет контрольных мероприятий для выявления, анализа и снижения брака.
     Браком в производстве считаются отливки, которые не соответствуют по качеству установленным стандартам, техническим условиям и не могут быть использованы по своему прямому назначению или могут быть использованы лишь после исправления.
     Рынок диктует жесткие условия на некачественную продукцию производителя, которую он не сможет продать и при этом несет дополнительные затраты, связанные с исправлением брака или списанием бракованных отливок. Поэтому производители заинтересованы в отлаженной системе контроля качества своей продукции, минимизации затрат на брак. Учет потерь, связанных с браком, их анализ позволяют руководству предприятия и техническим службам иметь точные данные для оптимизации производственных процессов.

4

            1. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК


     Качество продукции, т. е. соответствие свойств продукции нормативным документам (тех. условиям, ОСТам, ГОСТам, Европейским и Всемирным стандартам), регламентируют и осуществляют контрольные службы Российской Федерации. Контроль качества продукции в Российской Федерации организуется и производится в соответствии со следующим законами: «О защите прав потребителей»; «О сертификации продукции и услуг»; «Об обеспечении единства измерения» и «О стандартизации».
     Контролируемые органы разрабатывают систему контроля (систему сертификации), применения к конкретной продукции (конкретному технологическому процессу, товару, услуге). Каждая система сертификации устанавливает свой знак соответствия. Эти знаки регистрируются государственным стандартом России. В настоящее время существует более 15 систем обязательной сертификации.
     Самой крупной из таких систем является система контроля (сертификации) ГОСТ Р. В нее входит порядка 40 подсистем, которые занимаются сертификацией однородной продукции и услуг, а также около 900 аккредитованных органов по сертификации и около 200 испытательных лабораторий. Каждая система контроля качества продукции устанавливает свой знак соответствия. Эти знаки регистрируются государственным стандартом России (Знак соответствия - охраняемый законом знак (сочетание букв, цифр, графических символов) подтверждающих, что данная продукция находится в соответствии с определенными стандартами или другими требованиями, предъявляемыми к ней).
     На общегосударственном уровне проверками качества выпускаемой и реализуемой продукции, а также применением различных мер воздействия к нарушителям занимаются:
     - Госстандарт России и его территориальные органы;
     -      Органы по сертификации продукции, работ, услуг, систем качества и производств;
     - Органы таможенного и антимонопольного регулирования;
     - Судебные органы и органы Госарбитража;
     - Комиссии местных органов власти.
     На основании системы контроля выдают документ (сертификат соответствия), что данная продукция соответствует определенным стандартам или каким-либо другим требованиям, предъявляемым к данной продукции.
     Классификационная группировка контроля по определенному признаку называется видом контроля.
     Классификация видов контроля по различным признакам приведена в ГОСТ 16504-81.

5

     Контролируемые органы могут осуществлять следующие виды контроля:
     I.      Инспекционный контроль продукции - проводится в случае, если это предусмотрено принятой схемой контроля, и осуществляется с целью установления, что выпускаемая продукция продолжает соответствовать установленным требованиям. Различают инспекционный контроль:
     1.      Плановый инспекционный контроль - проводится не ранее чем через 6 месяцев со дня выдачи сертификата. Последующие инспекционные контроли проводят не позднее чем через 12 месяцев со дня предыдущего инспекционного контроля.
     2.     Внеплановый инспекционный контроль - проводится в случаях:
     -       поступления информации о претензиях к качеству сертифицированных продукции от потребителей;
     -       при обращении заявителя с просьбой о проведении инспекционного контроля по причине изменений в его деятельности.
     II.     Регистрационный контроль, осуществляемый для оценки объекта контроля на основании результатов подсчета (регистрации определенных качественных признаков, событий, изделий).
     III.     Контроль по образцу, осуществляемый сравнением признаков контролируемого изделия с признаками контрольного образца (эталона).
     IV.      Летучий контроль - контроль в случайные моменты, выбираемые в установленном порядке; его эффективность обуславливается внезапностью, правила обеспечения которой должны быть специально разработаны.
     Помимо контролируемых органов на общегосударственном уровне проверка ведется и соответствующими службами на предприятии.
     Предприятие (производитель), после процедуры сертификации, взяв на себя определенные обязательства по выпуску продукции, уже обязаны выпускать со своего предприятия качественную продукцию со свойствами, прописанными в соответствующих документах. Производственные службы, контролирующие продукцию (административно-хозяйственный отдел - АХО и Отдел технического контроля - ОТК), производят контроль по выпуску качественного изделия.
     Приведенный перечень подразделений может быть расширен за счет включения в него лабораторий, бюро и групп, не входящих в состав отделов технического контроля, но оказывающих существенное и непосредственное влияние на общее состояние работ по контролю качества. К ним могут быть отнесены подразделения конструкторского контроля службы главного конструктора, подразделения нормоконтроля службы стандартизации, подразделения наладки и поверки контрольно-измерительного оборудования, приборов, инструмента и оснастки.

6

Рис. 1.1. Система профилактики на предприятии


        Контроль качества продукции на предприятии включает в себя:

     -       входной контроль качества сырья, основных (металлических и сыпучих материалов) и вспомогательных материалов (модификаторы, раскислители, легирующие добавки), поступающих на склады предприятия. Основной его целью является исключение возможности проникновения в производство сырья, материалов, отраженных в договорных обязательствах;
     -       контроль готовой продукции (номенклатура изделий, выпускаемых на предприятии). По результатам данного контроля принимается решение о ее пригодности к поставке или использованию;

7

     -       технологический контроль процесса получения качественной отливки. Контроль в процессе производства играет двоякую роль. С одной стороны, это одна из функций управления, а с другой стороны - он выступает как неотъемлемая часть производственного процесса. В связи с этим планирование предусматривает разработку и использование карт и планов контроля;
     -       межоперационная приемка продукции. Проверка на каждом этапе должна быть связана с соответствующей документацией на готовую продукцию. Проведение технического контроля в процессе производства должно быть четко спланировано и регламентировано. Процедуры испытаний и технического контроля оформляются документально, включая описание конкретного оборудования, необходимого для их проведения;
     -       контроль моделей, опытных образцов, контрольно-измерительных приборов и различных средств измерения;
     -       систематический контроль за состоянием оборудования и машин, задействованного в технологическом процессе.
     По полноте охвата контролируемых отливок или изделий выделяют сплошной контроль, т. е. контроль каждой единицы продукции, осуществляемый с одинаковой полнотой, и выборочный - контроль выборок или проб из партии или потока продукции.
     Сплошной контроль, выполняемый при 100%-м охвате предъявляемой продукции. Он применяется в следующих случаях:
     -       по результатам входного контроля, т. е. при ненадежности качества поставляемых материалов, полуфабрикатов;
     -       когда оборудование или особенности технологического процесса не обеспечивают однородность изготовляемых объектов;
     -      после операций с возможным высоким размером брака;
     -      при испытании готовых изделий особого назначения.
     Выборочный контроль, осуществляемый не над всей массой продукции, а только над выборкой. Выборочный контроль основан на методах математической статистики, он позволяет обнаружить и ликвидировать отклонение от нормального хода технологического процесса раньше, чем эти отклонения приведут к браку. Обычно он используется в следующих случаях:
     -      в массовом производстве при значительном числе одинаковых деталей;
     -      при отлаженном технологическом процессе;
     -      при высокоавтоматизированном производстве.
     Правильное использование перечисленных видов контроля способствует значительному повышению его активного воздействия на процесс формирования качества изделий, поскольку осуществляется не пассивная фиксация брака в производстве, а профилактика его возникновения.

8

            2. ДЕФЕКТЫ В ОТЛИВКАХ ИЗ ЧУГУНА


     Главными причинами, вызывающими различные дефекты отливок, являются недостаточное внимание к подготовке производства и неудовлетворительная организация контроля.
     Правильная подготовка производства обеспечивает своевременное снабжение его качественной технической документацией. К качественной технической документации относятся: чертежи литых деталей, карты технологического процесса, литейная технология, выполненная в соответствии с ГОСТ 3.1125-88 «Единая система технологической документации. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок», технологические инструкции и т. д.). Для качественного получения отливок необходимо поддерживать в рабочем состоянии производственное оборудование, иметь опочно-модельную оснастку в надлежащем рабочем состоянии. Обеспечивать своевременное снабжение литейных цехов материалами в необходимых количествах и надлежащего качества, обусловленного нормами расхода и требованиями стандартов предприятия по входному контролю.
     Немаловажными факторами, способствующими предупреждению возникновения дефектов отливок, являются организационные факторы. К ним относятся: улучшение условий труда производственных рабочих и организация рабочего места. Воспитание исполнительской дисциплины у производственных рабочих. Соответствие квалификации рабочего и, если это необходимо, своевременное их повышение. Немедленное доведение причин возникновения брака до сведения конкретных виновников и проведение разъяснительной работы о причинах брака с разработкой оргтехмероприятий, направленных на их ликвидацию.

        2.1. Классификация и способы предупреждения дефектов отливок

     Качество отливок в значительной мере определяется уровнем их дефектности. По ГОСТу 15467-79 «Управление качеством продукции» дефектом называют каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Изделие, имеющее хотя бы один дефект, называют дефектным. Это означает, что один из показателей качества отливки не соответствует предельно допустимым значениям.
     C целью выбора оптимальных методов и параметров контроля производится классификация дефектов по различным признакам: по размерам дефектов, по их количеству и форме, по месту расположения дефектов в контролируемом объекте и т. д.
     Размеры дефектов (a) могут изменяться от долей миллиметров до сколь угодно большой величины. Практически размеры дефектов лежат в пределах 0,01 мм < a < 1 см.
     В ультразвуковой дефектоскопии, например, величина (а) влияет на выбор рабочей частоты.


9

     При количественной классификации дефектов различают три случая (см. рис. 2.1): а - одиночные дефекты, б - групповые (множественные) дефекты, в - сплошные дефекты (обычно в виде газовых пузырей и шлаковых включений в металлах).

а                б                      в

Рис. 2.1. Количественная классификация дефектов

     При классификации дефектов по форме различают три основных случая (рис. 2.2): а - дефекты правильной формы, овальные, близкие к цилиндрической или сферической форме, без острых краев; б - дефекты чечевицеобразной формы, с острыми краями; в - дефекты произвольной, неопределенной формы, с острыми краями - трещины, разрывы, посторонние включения.


Рис. 2.2. Классификация дефектов по форме

     Форма дефекта определяет его опасность с точки зрения разрушения конструкции. Дефекты правильной формы, без острых краев, наименее опасны, т. к. вокруг них не происходит концентрации напряжений. Дефекты с острыми краями, как на рис. 2.2, б и в, являются концентраторами напряжений. Эти дефекты увеличиваются в процессе эксплуатации изделия по линиям концентрации механических напряжений, что, в свою очередь, приводит к разрушению изделия.
     При классификации дефектов по положению различают три случая (рис. 2.3): а - поверхностные дефекты, расположенные на поверхности материала, полуфабриката или изделия, - это трещины, вмятины, посторонние включения; б - подповерхностные дефекты - это дефекты, расположенные под поверхностью контролируемого изделия, но вблизи самой поверхности; в - объемные дефекты - это дефекты, расположенные внутри изделия.
     Наличие фосфидных и нитридных включений и прослоек может привести к образованию дефектов четвертого вида - сквозных.
     По форме поперечного сечения сквозные дефекты бывают круглые (поры, свищи, шлаковые включения) и щелевидные (трещины, непровары, дефекты структуры, несплошности в местах расположения оксидных и других включений и прослоек).


10

     По величине эффективного диаметра (для дефектов округлого сечения) или ширине раскрытия (для щелей, трещин) сквозные дефекты подразделяются на обыкновенные (> 0,5 мм), макрокапиллярные (0,5...2 • 10⁻⁴ мм) и микрока-пиллярные (< 2 • 10⁻⁴ мм).


Рис. 2.3. Классификация дефектов по положению

в контролируемом объекте

     По характеру внутренней поверхности сквозные дефекты подразделяются на гладкие и шероховатые. Относительно гладкой является внутренняя поверхность шлаковых каналов. Внутренняя поверхность трещин, непроваров и вторичных поровых каналов, как правило, шероховатая.
     Положение дефекта влияет как на выбор метода контроля, так и на его параметры. Например, при ультразвуковом контроле положение дефекта влияет на выбор типа волн: поверхностные дефекты лучше всего определяются рэлеевскими волнами, подповерхностные - головными волнами, а объемные - объемными (продольными) волнами.
     Опасность влияния дефектов на работоспособность зависит от их вида, типа и количества. Классификация возможных дефектов в изделии позволяет правильно выбрать метод и средства контроля.
     При наличии большого количества факторов, влияющих на качество отливки, и при их одновременном участии, как правило, чистый одиночный дефект встречается редко. На самом деле, как показывает производственный анализ бракованных изделий, в отливке присутствуют несколько дефектов или смесь наложенных друг на друга дефектов, которую сложно классифицировать и отнести к определенному виду дефекта.
     Из-за большого количества дефектов по ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали» их выделили в пять групп:
     1)  несоответствие по геометрии;
     2)  дефекты поверхности;
     3)  несплошность в теле отливки;
     4)  включения;
     5)  несоответствие по структуре.

        2.1.1. Несоответствие по геометрии


     Эта группа объединяет более 10 видов дефектов, обусловленных нарушением формы, неточностью размеров и массы отливки:


11