Распространенные дефекты литья: Причины, профилактика и решения

Понимание дефектов литья в практике литейного производства

Дефекты литья - это недостатки или неровности, возникающие в процессе литья, которые потенциально могут нарушить структурную целостность, точность размеров или внешний вид конечного продукта. В отраслях, где используются высокопроизводительные компоненты, таких как автомобилестроение, строительство или гидравлика, понимание того, как и почему возникают эти дефекты, крайне важно как для производителей, так и для покупателей.

В этом руководстве описаны наиболее частые дефекты литья, встречающиеся в отливках из ковкого чугуна, серого чугуна и стали. Для каждого дефекта описаны типичные визуальные признаки, основные причины, стратегии профилактики и возможные способы устранения.

Газовая пористость

Типичная внешность: Небольшие округлые полости или пустоты на поверхности или внутри отливки. Они особенно проблематичны в компонентах, выдерживающих давление, таких как корпуса насосов или корпуса клапанов.
👉 Примечание: Согласно отраслевым исследованиям, на газовую пористость и усадку в совокупности приходится до 50% всех дефектов литья, что делает их наиболее распространенными и критичными типами для контроля.

Причины:
Газовая пористость в отливках из ковкого чугуна и стали обычно возникает в результате захвата газа во время затвердевания. Это может быть вызвано:

• Избыточная влажность в пресс-форме или материалах сердцевины
• Неполная дегазация расплавленного металла
• Плохое вентилирование формы или чрезмерная турбулентность при заливке
• Использование связующих с высоким содержанием смол, которые разлагаются на газ

Профилактика:

• Убедитесь, что формы и стержни тщательно высушены
• Используйте высокочистые шихтовые материалы с низким содержанием водорода
• Оптимизация конструкции затвора для минимизации турбулентности
• Применяйте дегазацию аргоном или азотом во время обработки расплава

Решения:

• Незначительная пористость может быть устранена путем ремонта сварного шва или пропитки
• При постоянных проблемах программное обеспечение для моделирования может помочь визуализировать поток газа и улучшить конструкцию пресс-формы

Усадочные полости

Типичная внешность: Внутренние пустоты или утопленные участки, обычно расположенные в толще или в местах, удаленных от эффективного питания стояка. Они часто возникают в больших корпуса из ковкого чугуна, подшипниковые блоки или стальные опорные плиты.

👉 Примечание: Усадочные полости особенно проблематичны в конструкционных отливках, так как они могут привести к образованию точек концентрации напряжений, которые значительно снижают механическую прочность и усталостную долговечность.

Причины:
Усадочные полости образуются на заключительном этапе затвердевания, когда расплавленный металл не успевает подаваться в области, которые все еще сжимаются. Способствующие факторы включают:

• Неразмерные или неудачно расположенные стояки
• Отсутствие направленного контроля затвердевания
• Преждевременное замораживание горловин кормушек
• Толстые сечения с неравномерной скоростью охлаждения

Профилактика:

• Правильная конструкция стояка с подбором модуля для критических зон
• Использование холодов для отвода тепла
• Изолирующие манжеты для замедления застывания стояка
• Отрегулируйте ориентацию отливки, чтобы способствовать застыванию сверху вниз

Решения:

• Изменение геометрии отливки или увеличение объема питателя
• Заделайте полости с помощью дуговой сварки или распыления металла (если это разрешено спецификацией).

Холодное закрытие (Misrun)

Типичная внешность: Тонкие линейные разрывы или несплавленные швы на стыках, где два металлических фронта не смогли слиться. Часто встречаются в тонкостенные отливки, сложной геометрии или на горизонтальных стыках.

👉 Примечание: Хотя холодные зазоры обычно видны на поверхности, они также могут образовывать внутренние трещины в критических зонах, потенциально нарушая уплотнительные поверхности или вызывая преждевременное разрушение под давлением.

Причины:
Холодные затворы возникают, когда частично затвердевшие потоки металла встречаются, но не сплавляются по причине:

• Низкие температуры заливки
• Плохая текучесть сплава
• Длинные пути потока или острые углы в конструкции пресс-формы
• Высокие теплопотери через сердечники или металлические охладители

Профилактика:

• Повышение температуры заливки в пределах, характерных для конкретного сплава
• Сокращение длины потока за счет перемещения затворов ближе к критическим зонам
• Используйте закругленные переходы и филе в дизайне деталей
• Избегайте заниженных размеров впускных отверстий, которые ограничивают скорость потока

Решения:

• Модификация системы задвижек для снижения потери скорости
• Улучшить подбор сплавов или использовать инокулянты, улучшающие поток
• Если целостность структуры не нарушена, возможно проведение локального ремонта

Включения (шлак / песок / оксиды)

Типичная внешность: Темные или хрупкие частицы, вкрапленные в отливку, видимые на обработанных поверхностях или при неразрушающем контроле. Они могут происходить из шлака, выветрившегося песка или оксидных пленок.

👉 Примечание: Включения - один из самых сложных дефектов для раннего обнаружения, поскольку они часто остаются скрытыми до момента обработки или выхода из строя в процессе эксплуатации - особенно в областях применения, чувствительных к высокому давлению или усталости.

Причины:
Неметаллические включения возникают из-за различных источников загрязнения:

• Неполное удаление шлака при обработке расплава
• Вымывание песка из полости формы во время заполнения
• Переокисление, вызванное турбулентностью металла
• Ослабленные секции стержня или недостаточное покрытие стенок пресс-формы

Профилактика:

• Используйте кондиционеры для шлака и проводите тщательную очистку ковша
• Внедрение фильтров из керамической пены на входе
• Поддерживать постоянную прочность формы и качество поверхности
• Уменьшите высоту налива, чтобы свести к минимуму брызги и турбулентность

Решения:

• Поверхностные включения могут быть удалены путем механической обработки
• Глубокие включения требуют отбраковки или повторного литья, особенно в критических конструктивных деталях
• Металлургический аудит позволяет отследить типы включений до конкретных этапов технологического процесса

Горячие разрывы / Термические трещины

Типичная внешность: Зазубренные или разветвленные трещины, обычно возникающие на острых углах, бобышках или стыках с различной толщиной стенки. Эти дефекты образуются на последних стадиях затвердевания, когда отливка не выдерживает внутренних термических напряжений.

Причины:
Горячие разрывы часто являются результатом механической фиксации или плохой сворачиваемости формы. К основным факторам, способствующим этому, относятся:

• Резкие изменения толщины стенок
• Жесткие песчаные формы с низкой разрушаемостью
• Высокая температура заливки, вызывающая большие интервалы застывания
• Недостаточное количество галтелей или элементов для снятия напряжения в конструкции

Профилактика:

• Равномерная толщина стенок и плавные геометрические переходы
• Улучшенные материалы для пресс-форм или добавки, улучшающие разрушаемость
• Контроль температуры заливки и предварительного нагрева формы
• Включение рельефных надрезов и гибких сердечников

Решения:

• Небольшие трещины могут быть заделаны сваркой (если позволяют технические условия).
• Долгосрочная коррекция обычно предполагает изменение геометрии или использование альтернативных формовочных материалов

Смещение пресс-формы / смещение стержня

Типичная внешность: Ступенчатые поверхности или несоответствие размеров разных половин отливки, что приводит к несоответствию толщины стенок или смещению отверстий.

Причины:
Смещение пресс-формы вызвано несоосностью между конусом и волочением или перемещением внутренних стержней. Это может произойти из-за:

• Недостаточное усилие зажима или неплотное прилегание колбы
• Износ детали или повреждение штифтов
• Высокое металлостатическое давление или тряска при заливке

Профилактика:

• Усиление креплений колбы и обеспечение точной регистрации пресс-формы
• Замена изношенного оборудования для изготовления шаблонов и оттисков сердцевины
• Отрегулируйте высоту налива, чтобы уменьшить давление металла

Решения:

• Возможна механическая обработка, если позволяют допуски
• Реконструкция или модернизация оснастки и систем выравнивания деталей

Оксидные пленки / дефекты окалины

Типичная внешность: Тонкие, похожие на пленку слои или хрупкие чешуйки у поверхности отливки, часто обнаруживаемые только при механической обработке или металлографическом анализе. Эти включения ослабляют сопротивление усталости.

Причины:
Оксидные дефекты образуются из-за:

• Воздействие кислорода на расплавленный металл во время заливки
• Чрезмерная турбулентность в литниковой системе
• Реоксидация, вызванная неправильным обращением с ковшом или задержкой

Профилактика:

• Используйте защитную атмосферу (аргон) или флюс для уменьшения окисления
• Оптимизация геометрии заслонки для обеспечения ламинарного потока
• Минимизация турбулентности металла за счет контролируемой скорости налива

Решения:

• Поверхностный оксид иногда может быть удален путем механической обработки
• Глубокие внутренние оксиды требуют повторной обработки и пересмотра стробирования
• Инструменты термического анализа могут помочь оптимизировать практику плавки

Неполное заполнение (недозаполнение)

Типичная внешность: Отсутствующие участки, неполные углы или короткие заливки в отливках - особенно в тонкостенных деталях или деталях с большой площадью поверхности.

Причины:
Этот дефект возникает из-за того, что расплавленный металл не успевает полностью заполнить полость формы до застывания. К распространенным причинам относятся:

• Низкая температура застывания или плохая текучесть
• Конструкция заслонки, ограничивающей поток или вызывающей раннюю турбулентность
• Противодавление газа из-за плохой вентиляции
• Слишком сложные формы

Профилактика:

• Повышение температуры заливки в пределах сплава
• Улучшение коэффициента уплотнения и воздухоотвода из полости пресс-формы
• Упростите геометрию отливки или разделите ее на несколько частей
• Применяйте методы вакуумного ассистирования, если это применимо

Решения:

• Оценить моделирование заполнения для выявления проблемных зон
• Переделанный с исправленными системами подачи и вентиляции воздуха

Методы неразрушающего контроля дефектов литья

Метод тестирования	Обнаруживаемые дефекты	Подходящие материалы/использование	Примечания
Рентгеновская радиография	Внутренняя усадка, пористость, пустоты	Сложные отливки, толстостенные детали	Отличная детализация; дороже
Ультразвуковой контроль	Подповерхностные трещины, включения	Большие секции, сталь/профильное железо	Требуются навыки оператора и хорошая поверхность
Испытания с применением красящего пенетранта	Поверхностные трещины, холодные швы	Непористые металлы (алюминий, сталь)	Простой, доступный; виден только на поверхности
Магнитная частица	Поверхностные и приповерхностные дефекты	Черные металлы (чугун, сталь)	Быстрая и надежная; ограничена магнитными деталями

Эти методы испытаний помогают выявить внутренние или внешние дефекты до начала механической обработки или поставки, гарантируя соответствие литых компонентов размерным и эксплуатационным характеристикам.

Заключительные размышления

Дефекты литья могут существенно повлиять на производительность, стоимость и удовлетворенность клиентов. Имея четкое представление о причинах каждого дефекта и стратегиях их устранения, литейщики и покупатели могут взять на себя активную роль в обеспечении качества.

Вам нужна техническая поддержка или анализ дефектов? Свяжитесь с нашей командой для экспертного руководства и индивидуальных решений по литью.