7.3. Дефекты и их классификация

Каждое отдельное несоответствие продукции установлен­ным требованиям называется дефектом. Характер дефектов и причины их возникновения многообразны.

Определения различных видов дефектов установлены ГОСТ 15467–79. Явный – дефект, для выявления которо­го в нормативной документации, обязательной для данного вида контроля, предусмотрены соответствующие правила, методы и средства. В ряде случаев явные дефекты устанав­ливаются визуально.

Скрытым называется дефект, для выявления которого в нормативной документации не предусмотрены соответ­ствующие правила, методы и средства. Скрытые дефекты часто являются причинами преждевременного появления неисправностей и отказов в изделиях и технических устрой­ствах. Разделение дефектов на явные и скрытые имеет важ­ное значение при анализе качества продукции, установле­нии причин неисправностей и при решении правовых вопро­сов управления качеством.

Критическим называется дефект, при наличии которого использование продукции по назначению практически не­возможно или недопустимо.

Значительный – это дефект, который существенно влия­ет на использование продукции по назначению и (или) на её долговечность, но не является критическим.

Малозначительным называется дефект, который суще­ственно не влияет на использование продукции по назначе­нию или её долговечность.

Разделение дефектов на критические, значительные и ма­лозначительные принято в большинстве стран мира. Оно имеет большое значение при обосновании планов, методов и средств контроля.

Устранимым называется дефект, исключение которого тех­нически возможно и экономически целесообразно, неустра­нимым – дефект, который технически невозможно исклю­чить или это экономически невыгодно. Деление на устрани­мые и неустранимые дефекты имеет существенное значение при обосновании допусков на изготовление продукции и при разработке технологических процессов.

Конструктивным, технологическим, эксплуатационным называется дефект, появление которого вызвано нарушением соответственно правил разработки, изготовления и эксплуатации продукции. Такое деление дефектов имеет большое значение при анализе причин их возникновения и для принятия мер по их устранению.

С понятием «дефект» связано понятие «брак». ГОСТ 15467–79 определяет брак как продукцию, передача кото­рой потребителю не допускается из-за наличия дефектов. Если все дефекты являются исправимыми, то и брак исправим, в противном случае брак считается неисправимым.

7.3.1. Дефекты металлов, их виды и возможные последствия

Дефекты металла – это такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла и приводят к снижению сортности или отбраковке.

Дефекты в зависимости от причин их появления могут быть конструктивными, производственными (ремонтными), эксплуатационными. Мы ограничимся рассмотрением произ­водственных дефектов, образующихся в процессе плавления металла, заливки его в изложницы, кристаллизации, охлаж­дения; изготовления отливок; обработки металлов давлени­ем; в результате термической, химико-термической, механи­ческой обработки; в сварных, паяных, клёпаных соединениях металлов. Причинами возникновения дефектов являются: несовершенство технологических процессов производства, нарушение режимов обработки, неэффективность методов контроля качества, несоблюдение режимов и условий эксплу­атации, регламентированных нормативно-технической доку­ментацией.

Дефекты плавления, заливки металла в изложницы, кри­сталлизации и охлаждения – это зоны ликвации, общее не­соответствие химическому составу, усадочные раковины, рых­лость, пористость, газовые раковины, продольные и попереч­ные горячие и холодные трещины; пузыри, неметаллические включения и др. Ликвация – это местная неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристал­лизации. В зоне ликвации могут быть понижены механичес­кие характеристики металла.

Дефектами отливок могут быть: общее несоответствие химическому составу, ликвация, усадочные и газовые рако­вины, пористость, неметаллические включения, трещины, коробление.

Дефекты при обработке металлов давлением возникают в процессе прокатки, ковки и штамповки металлов в виде уса­дочных и газовых раковин, рыхлот, ликвации, трещин, рас­слоений, волосовин, флокенов, неметаллических включений (являются следствием некачественного исходного материала); заусенцев, сдвигов одной части профиля по отношению к дру­гой, рисок от задиров на валках прокатного стана, плен, за­катов, зажимов, утонений и разрывов (дефекты производства). Флокены – дефекты внутреннего строения стали в виде серебристо-белых пятен (в изломе) или волосовин (на про­травленных шлифах) –встречаются главным образом в ка­таных или кованых изделиях и обусловлены повышенным содержанием водорода.

Дефекты термической и химико-термической обработки металлов появляются в результате горячей обработки ме­таллов: крупнозернистая структура, оксидные и сульфид­ные выделения по границам зёрен в стали, вызванные перегревом; крупнозернистая структура и окисление по границам зерен, обусловленные пережогом; термические трещины, обезуглероживание, науглероживание, водородные трещины. Окисление по границам зёрен вызывает межкристаллитную коррозию, которая в дальнейшем способствует разрушению металла.

По своему характеру дефекты могут быть местными (поры, раковины, трещины, расслоения, закаты и др.); рас­пределёнными в ограниченных зонах (ликвационные скоп­ления, зоны неполной закалки, коррозионного поражения, местный наклёп); расположенными по всему объёму изделия или его поверхности (несоответствие химического состава, структуры, качества механической обработки).

Местные дефекты, локализованные в ограниченном объёме, могут быть точечными, линейными, плоскостными и объём­ными. По своему расположению они разделяются на наруж­ные (поверхностные, подповерхностные) и внутренние (глубин­ные).

Не всякий дефект металла является дефектом изделия. От­клонения от установленного качества металла, которые не существенны для работы данного технического устройства, не должны считаться для него дефектами. Отклонения от за­данного качества, являющиеся дефектами для изделий, рабо­тающих в одних условиях (например, усталостные трещины при динамическом нагружении), могут не иметь значения при других условиях работы (например, при статическом нагружении). Допустимые дефекты металла в зависимости от на­значения изделия должны оговариваться в стандартах или технических условиях.

Для того чтобы представить, какое зло могут принести дефекты металла, рассмотрим несколько примеров. В отли­чие от обычной коррозии, межкристаллитная коррозия про­никает внутрь металла, располагаясь между зёрнами его структуры. Она поражает детали, паропроводы паровых кот­лов и химических аппаратов, работающих при высоких тем­пературах и давлениях. Выход из строя паропровода, по которому под давлением в сотни килопаскалей (атмосфер) идёт перегретый пар, может привести к катастрофе на электро­станции. Тяжёлым и ещё не до конца исследованным дефек­том многих материалов и конструкций являются внутренние напряжения, которые нередко в статическом положении без приложения нагрузки способны разрушить очень прочные изделия. Обычная коррозия, кроме снижения механической прочности и пластичности металлов, увеличения трения меж­ду движущимися частями машин, станков, приборов, ухуд­шения физических характеристик вызывает до 25 % прямой потери металла от его ежегодной выплавки.

В табл. 14 приведены основные дефекты, встречающиеся в продукции металлургического производства, и дано их крат­кое описание. Следует иметь в виду, что это далеко не полный перечень дефектов, которые могут встретиться в материале или изделии и могут быть выявлены различными методами.

Таблица 14

Дефект	Характеристика
Трещины литей­ного происхож­дения горячие и холодные	Трещины в отливках, образовавшиеся в результате затруднённой усадки и процессе кристаллизации (горячие трещины) или при дальнейшем охлажде­нии отливок (холодные).
Трещины, обра­зовавшиеся в процессе про­катки, ковки или штамповки	Поверхностные или внутренние нарушения сплош­ности. Причина образования – низкая пластич­ность обрабатываемого материала.
Трещины зака­лочные	Трещины, образовавшиеся на поверхности в резуль­тате нарушения технологии закалки; имеют вид из­вилистых прерывающихся линий, в изломе – окис­ленная поверхность.
Трещины шлифовочные	Тончайшие разрывы на поверхности детали – от­дельные и в виде сетки; чаще всего встречаются в деталях, изготовленных из материала с высокой твёрдостью.
Трещины уста­лостные	Трещины, возникающие в результате многократных знакопеременных нагрузок; чаще всего образуются в местах резкого изменения сечений.
Трещины межкристаллитные	Трещины по границам зёрен; после травления шли­фа выявляются в виде сеток; в изломе – гладкая блестящая поверхность.
Коррозия межкристаллитная	Нарушение сплошности в результате действия кор­розии по границам зёрен.
Усадочные рако­вины, рыхлоты, пористость	Открытые или закрытые полости в теле отливки, имеющие шероховатую или крупнокристалическую поверхность, иногда окисленную; обычно располагаются в утолщенных местах отливок. Рыхлоты или пористость - локальное скопление мелких, а иногда и микроскопических усадочных раковин.
Газовые, шлако­вые и земляные раковины и включения	Наружные или внутренние полости в теле отливки, заполненные газом, а также полностью или частич­но заполненные формовочной смесью или шлаком; могут быть в виде сот, гнездовые и одиночные.
Флокены	Внутренние трещины. В изломе флокены имеют вид светлых пятен овальной формы на общем более тёмном фоне излома, на шлифах после травления выявляются как нитевидные трещины.
Законы, закаты	Нарушение сплошности металла в виде расслоений и складок.
Волосовины	Нарушение сплошности металла в виде тонких вы­тянутых вдоль направления деформации закатов с прослойкой включений.
Ужимины	Неглубокие узкие канавки или впадины на теле от­ливок, прикрытые слоем металла, почти полностью отделённого от отливки прослойкой формовочного материала; слой металла соединён с отливкой толь­ко тонким швом.
Спай	Сквозные или поверхностные щели с закруглённы­ми краями и углубления в теле отливки, образован­ные не слившимися потоками преждевременно за­стывшего металла.
Плены	Плёнки, состоящие из окислов металла в теле от­ливки; могут полностью нарушать сплошность от­ливки.
Непровар	Отсутствие сплошности между телом свариваемых деталей и материалом сварного шва; причина — нарушение технологии сварки.
Прожог	Дефект, вызванным малым усилием сжатия элек­тродов при роликовой или точечной сварке; снижа­ет прочность сварного соединения.

Основные виды дефектов, встречающиеся в продукции металлургического производства