Поверхностные газовые пузыри в деформированном металле

Вздутия округлой или овальной формы, вытянутые вдоль направления деформации (могут сопровождаться отшелушиванием поверхностного слоя металла). Пузыри могут быть единичными или в виде скоплений, вытянутыми в строчку или располагающимися группами

произвольно на поверхности деформированных полуфабрикатов.

Размеры пузырей, как правило, не превышают 100 мм². Пузыри выявляются визуально после горячей деформации и идентифицируются на макрошлифах.

На образование поверхностных пузырей оказывают влияние:

- повышенное содержание газов в металле, обусловленное нарушением режима плавки или нагрева металла перед деформацией; в этом случае возникают мелкие, так называемые бисерные пузыри, беспорядочно располагающиеся на поверхности;

- наличие микропор в поверхностных слоях слитка, адсорбировавших влагу из атмосферы; в этом случае возникают крупные пузыри, единичные или располагающиеся группами;

- при прокатке – наличие микронадрывов на поверхности проката, возникших при фрезеровке слитков или на первых проходах прокатки, адсорбировавших влагу из атмосферы; в этом случае возникают строчки пузырей;

- при прессовании – наводораживание металла при нагреве его перед прессованием из-за нарушения технологического процесса; это может быть следствием проникновения в под-поверхностные несплошности в металле под большим давлением газовой фазы, возникшей от неполного сгорания технологической смазки (расширение газовой фазы сопровождается вспучиванием поверхностного слоя металла при выходе полуфабриката из канала матрицы);

- при штамповке – наличие наслоений в исходной прессовой заготовке.

Для предупреждения образования поверхностных пузырей необходимы:

- снижение содержания газов в слитках;

- повышение качества металла исходной заготовки;

- контроль за содержанием водяных паров в печной атмосфере при нагреве металла для деформирования;

- повышение качества фрезерования слитков;

- тщательная очистка поверхности слитков перед горячей деформацией.

Дефект устраняется зачисткой или строжкой, если его размеры не выходят за пределы допуска, оговоренного техническими условиями.

Крупные пузыри являются браковочным признаком. Мелкие пузыри не оказывают заметного влияния на механические свойства проката, но ухудшают декоративный вид изделия. Решение о допуске дефектов принимается в соответствии с требованиями технических условий на металлопродукцию.

12.10. Усадочная раковина

Усадочная раковина -этонесплошности в металле, проявляющиеся в изломе в виде полостей, имеющих поверхность, характерную для свободной кристаллизации металла.

В отличие от газовых раковин, имеющих гладкую поверхность, на поверхности усадочных раковин часто встречаются скопления неметаллических включений, всплывших из объёма жидкого металла.

Дефект наблюдается в литом металле. В отливках располагается

ис. 4.5. Усадочные раковины в отливках (сталь): а – сосредоточенная, излом; б – рассредоточенные, излом; в – сосредоточенная, темплет

преимущественно в местах сечений значительных размеров. Различают открытую усадочную раковину - полость неправильной формы, сообщающуюся с атмосферой, и закрытую усадочную раковину - полость, лежащую внутри отливки. Поверхность открытой усадочной раковины неровная окисленная, на ней обнаруживаются дендритные кристаллы. Закрытая усадочная раковина имеет светлую неокисленную поверхность с кристаллическим строением. Характерное отличие излома сталей с закрытой усадочной раковиной от кристаллических участков на фоне волокнистого излома состоит в том, что кристалличность строения поверхности усадочной раковины не изменяется при термической обработке любого вида.

Усадочная раковина может быть нитевидной формы и проникать глубоко внутрь отливки.

Рис. 12.16. Усадочные раковины в отливках (сталь): а - сосредоточенная, излом; б – рассредоточенные, излом; в – сосредоточенная, темплет.

Усадочные раковины подразделяются на:

- головную усадочную раковину (образуется в прибыльной части слитка или отливки);

- осевую усадочную раковину (раковина нитевидной или сеткообразной формы, глубоко распространяющаяся в теле слитка или отливки);

- вторичную усадочную раковину (неокисленная закрытая усадочная раковина), расположенную ниже головной и отделенную от нее обычно слоем плотного металла, называемого «мостом».

Закрытые усадочные раковины выявляются методами НК.

Усадочная раковина возникаетвследствие недостаточного количества жидкого металла к концу затвердевания слитка или отливки из-за усадки металла.

На величину объемной усадки и, следовательно, на величину усадочной раковины влияют следующие факторы:

- высокие температурно-временные режимы выплавки и разливки жидкого металла (большой перегрев металла способствует увеличению объема усадочной раковины и дает более развитую усадочную раковину, при этом следует учитывать, что снижение температуры перегрева расплава уменьшает объем концентрированной усадочной раковины и приводит к развитию усадочной рыхлости, пленам и корочкам);

- неправильно подобранные технологические режимы модифицирования и кристаллизации слитков или отливок;

- неправильный выбор и расчет литниково-питающей системы для слитков и отливок, в том числе формы и размеров прибылей;

- повышенное содержание газов в жидком металле;

- неблагоприятная геометрическая форма отливки или слитка;

- широкий температурный интервал кристаллизации металла;

- неудовлетворительная работа прибылей;

- нарушение режима кристаллизации металла.

Для предупреждения возникновения усадочной раковины необходимы:

- соблюдение технологии подготовки и выплавки жидкого металла, разработанной в зависимости от его химического состава и назначения;

- соблюдение технологии разливки металла в изложницы или формы с обеспечением заданных требований по качеству металла;

- соблюдение технологии подготовки формы и разливки металла;

- соблюдение температурно-временных параметров заливки изложницы и отливок жидким металлом;

- обеспечение заданного теплового режима работы прибылей;

- использование технологии, позволяющей выводить усадочную раковину в верхнюю часть слитка.

В связи с тем, что усадочная раковина образуется при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое, основная задача заключается в выведении ее из тела слитка (отливки), уменьшении ее объема и концентрации в головной части прибыли с целью уменьшения количества металла, удаляемого в обрезь. Усадочную раковину удаляют вместе с прибыльной частью слитка (отливки), при этом плоскость реза должна располагаться ниже границы усадочной раковины.

Вторичная усадочная раковина в тех случаях, когда ее поверхность не загрязнена трудно-растворимыми оксидами и большим количеством неметаллических включений, может завариваться при последующей горячей деформации. При этом должны быть выбраны соответствующие для данного металла температура и режим деформации.

Открытая осевая усадочная раковина не устраняется, так как из-за взаимодействия с атмосферой ее поверхность окислена, загрязнена шлаковыми включениями и при горячей деформации открытая осевая усадочная раковина не заваривается.

Усадочная раковина, распространяющаяся в тело отливки, снижает механические свойства пропорционально площади поверхности разрушения, занятой этим дефектом. При деформировании металла усадочная раковина вызывает образование расслоений. Заварившаяся при горячей деформации не окисленная внутренняя усадочная раковина влияния на механические свойства практически не оказывает.

12.11. Усадочная рыхлость

Усадочная рыхлость - этоскопление несплошностей неправильной формы, проявляющихся в виде отдельных участков с пористым ноздреватым строением без явных признаков пластической деформации (частный случай усадочной раковины показан на рис. 12.17).

Дефект наблюдается в литом и деформированном металле.

Поверхность усадочной рыхлости может быть окисленной или блестящей (неокисленной). В отливках дефект располагается преимущественно в тепловых узлах или в центральных сечениях, в деформированных заготовках - вытянут по направлению деформации вдоль центральной зоны. Идентифицируется на травленых микрошлифах.

При прокатке, штамповке и ковке усадочная рыхлость может приводить к образованию расслоений.

Усадочная рыхлость обнаруживается при механической обработке отливок визуально. Идентифицируется на макрошлифах и изломах, выявляется методами НК.

Дефект возникает из-за уменьшения объема жидкого металла при его затвердевании и недостаточного количества расплавленного металла в конце затвердевания отливки, способного заполнить образующиеся пустоты.

Рис. 12.17. Усадочная рыхлость: а – сосредоточенная, поперечное сечение отливки, макроструктура; б, в – рассредоточенная, излом, литая сталь.

Образованию дефекта способствуют:

- несоблюдение технологических режимов модифицирования и кристаллизации слитка (отливки), препятствующих направленному формированию усадочной раковины;

- малоэффективная работа сифонной и литниково-питающей систем, а также отклонения в режиме наполнения изложницы сверху;

- неправильный выбор типа изложницы и несоблюдение теплофизических параметров работы прибылей;

- отклонения температурно-временных параметров заполнения изложницы и формы;

- широкий интервал кристаллизации металла.

К мерам предупреждения возникновения усадочной рыхлости относятся:

- соблюдение технологии выплавки и разливки жидкого металла;

- создание оптимального режима кристаллизации металла путем выбора правильного соотношения геометрических размеров отливок, а также размеров и объема питающих прибылей;

- рациональное размещение холодильников и тепловых узлов;

- снижение содержания вредных примесей (неметаллических и газовых включений, легкоплавких примесей).

Дефект исправлению не поддается. При изготовлении полуфабрикатов из слитков дефект можно частично устранить путем подбора температурно-деформационных режимов получения заготовок под заданные требования.

В литом металле при наличии усадочной рыхлости снижаются механические свойства пропорционально площади, занимаемой дефектом; в деформированном металле, проявляясь в виде расслоений, дефект резко снижает прочностные и пластические свойства по толщине проката. Заварившаяся при горячей деформации усадочная рыхлость влияния на механические свойства практически не оказывает.

12.12. Неметаллические включения

Неметаллические включения - это дефект в виде неметаллических частиц, попавших в металл механическим путем (экзогенная природа образования) или образовавшихся вследствие химического взаимодействия компонентов расплава при расплавлении и заливке металла (эндогенная природа образования - рис. 12.18- 12.20).

Наблюдаются в виде отдельных частиц произвольной формы, их скоплений, строчек, плен.

Они могут располагаться в литом металле под усадочной раковиной в верхней части отливки. Возможна зональная сегрегация неметаллических включений. Скопления включений могут наблюдаться в районе пористости отливки.

В деформированном металле указанные единичные включения либо скопления вытягиваются вдоль направления деформации. Неметаллические включения могут проявляться в виде темных и светлых корочек, либо темных компактных включений, в изломах в виде единичных вкраплений, раздробленных частиц или их скоплений темного цвета. Оксидные плены выявляются на микрошлифах в виде нитевидных включений.

Химический и фазовый составы неметаллических включений определяются химическими и физическими методами.

Крупные неметаллические включения и их скопления выявляются методами НК.

Рис. 12.18. Неметаллические (шлаковые) включения: а – шлаковые включения в прокате, излом; б– крупное шлаковое включение в прессованном прутке, темплет; в – крупное шлаковое включение в прессованном профиле, темплет.

Рис. 12.19. Раскатанные шлаковые включения в прокате, алюминиевый сплав АМг5:

а – поперек направления прокатки, излом,

б – мелкие включения вдоль направления деформации,

в – крупное включение, вдоль направления деформации, микроструктура, ´ 100.

Рис.12.20. Неметаллические включения (отливки, макроструктура): а – кольцевая темная корочка; б – кольцевая светлая корочка; в – светлые серповидные корочки.

Источником неметаллических включений служат кусочки футеровки, шлак, продукты раскисления, не полностью удаленные из жидкого металла. Появлению неметаллических включений способствует следующее:

- нарушение технологии подготовки изложниц и форм, нарушение технологии выплавки;

- повышенная загрязненность шихты;

- неудовлетворительная защита жидкого металла при выпуске и разливке;

- несоблюдение температурно-временных параметров заполнения изложниц и форм.

Для предупреждения попадания неметаллических включений в металл необходимы:

- обеспечение чистоты шихтовых материалов;

- соблюдение технологии рафинирования и раскисления расплава;

- обеспечение защиты струи и зеркала металла при разливке;

- продувка расплава нейтральными газами;

- вакуумирование расплава;

- наведение в ковше активного рафинирующего шлака;

- для алюминиевых сплавов – фильтрация расплава через стеклоткань или кусковые фильтры.

Локальные скопления неметаллических включений, выходящие на поверхность, могут быть удалены вырезкой (зачисткой) дефектной части отливки с последующей заваркой дефектных участков. Неметаллические включения, расположенные внутри тела слитка, могут быть измельчены при дальнейшей деформации.

Скопления неметаллических включений снижают механические и служебные свойства изделий, особенно пластичность и ударную вязкость.

Крупные скопления неметаллических включений могут вызвать разрушение металла в процессе его дальнейшей деформации. Неметаллические включения могут обусловить появление в прокате трещин, волосовин, расслоений.

12.13. Точечная неоднородность

Точечная неоднородность - дефект литого металла в местах скопления неметаллических включений в поре (рис. 12.21). Выявляется на поперечных темплетах слитков в виде точек повышенной травимости. На продольных темплетах отливок дефект имеет вид внеосевых шнуров (усов). Дефект располагается в районе перехода между зонами мелкокристаллических и столбчатых кристаллов. Дефект выявляется на макрошлифах.

Рис. 12.21. Точечная неоднородность слитков (макроструктуры): а – равномерная (сталь); б – краевая (сталь); в – равномерная (никелевый сплав)

Точечная неоднородность возникает вследствие:

- отклонения технологии выплавки и разливки металла от заданной техпроцессом;

- повышенной загрязненности металла и нарушения теплового режима кристаллизации при разливке.

Для предупреждения данного дефекта необходимо строго соблюдать технологию рафинирования, раскисления и модифицирования основного металла.

Дефект может быть частично или полностью исправлен при температурно -деформационной обработке металла. Дефект вызывает снижение механических свойств металла.

12.14. Интерметаллидные (интерметаллические) включения

Интерметаллидные включения – это дефект в металле в виде кристаллов игольчатой, пластинчатой или многогранной формы (рис. 12.22).

В изломах дефект выявляется в виде скоплений светлых, блестящих кристаллов, на микрошлифах – в виде скоплений темных кристаллов игольчатой, пластинчатой или многогранной формы. В основном дефект характерен для алюминиевых и магниевых сплавов.

Рис. 12.22. Интерметаллические включения: а – излом; б – микроструктура (алюминиевый сплав АМг5) ´70.

Интерметаллидные включения представляют собой эндогенные химические соединения тугоплавких металлов, возникающие по следующим причинам:

- повышенного содержания в сплаве тугоплавких элементов;

- применения лигатур с высоким содержанием переходных металлов.

Росту интерметаллидных включений способствует пониженная температура металла при литье. Особенно крупные скопления интерметаллидных включений образуются при литье алюминиевых слитков (заготовки для дальнейшего деформирования) на поверхности распределительной воронки (настыль).

Образование интерметаллидных включений можно предотвратить путем:

- введения тугоплавких легирующих элементов в виде соединений (солей);

- измельчения кристаллов интерметаллидных соединений в лигатуре за счет резкого увеличения скорости ее затвердевания или проковки;

- повышения температуры расплава;

- прогрева распределительной воронки и желоба до температуры литья;

- снижения содержания тугоплавких легирующих элементов в сплаве до нижнего предела легирования;

- фильтрации расплава (для алюминиевых сплавов) – через стеклоткань или кусковой фильтр.

Дефект не устраняется. При последующем деформировании металла крупные интерметаллидные включения могут вызывать образование расслоений, трещин и т.д.

Крупные интерметаллидные включения или их скопления снижают механические и служебные свойства изделий, особенно пластичность и ударную вязкость, вызывая разрушение металла в процессе его дальнейшей деформации и эксплуатации.

12.15. Инородные металлические включения (корольки)

Инородные металлические включения - единичные, случайно попавшие в металл кусочки окисленного металла, сосульки, кусочки проволоки и т.д. (рис. 12.23; 12.24). Они имеют различные с основным металлом травимость, химический состав, микроструктуру и твердость. Металлические включения обнаруживаются на макрошлифах и изломах. Границы частиц могут быть нечеткими и окруженными неметаллическими включениями.

Образование дефекта обусловлено:

-несоблюдением технологии выплавки и разливки жидкого металла;

-попаданием металлических частиц (стелы, сосульки) из разливочного стакана ковша;

Рис. 12.23. Инородные металлические включения:

а – кусочек нерастворившейся лигатуры (макроструктура);

б – вкатанный в поверхность листа кусочек стали (внешний вид);

в – вкатанная в поверхность листа алюминиевая проволока (внешний вид);

г – запрессованное включение второго сплава (пруток, алюминиевый сплав, макроструктура).

Рис. 12.24. Частицы короны в форме: а – улитки, ´ 50; б – запятые, ´ 20; в – спирали, ´ 50;

г – одиночных участков, литое состояние, микроструктура ´ 300 (никелевый сплав).

Дефект не устраняется, если находится в теле слитка или отливки. Дефекты, выходящие на поверхность, устраняются строжкой или зачисткой с последующей заваркой.

Дефект служит концентратором напряжений и может приводить к возникновению трещин и преждевременному разрушению изделий.

Дата добавления: 2013-12-12