книги из ГПНТБ / Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства

ОТ OKA

ДО ИЗОТОПА И ЭВМ

основе литейного производства лежит трудная за­ В дача укрощения капризного, способного постоян­

но изменять свои свойства литого металла и получе­ ния из него качественной фасонной отливки.

Трудности решения этой задачи обусловливаются двумя основными факторами. Во-первых, различными условиями формирования отливок. Они зависят от постоянно меняющихся технологических условий (сос­ тавы и режимы плавки шихты, условия и качество обработки выплавленного расплава, скорость его кри­ сталлизации в форме и т. д.). Из-за этого механичес­ кие и другие свойства деталей, полученных из одной и той же плавки, сплошь и рядом резко разняться меж­ ду собой. Во-вторых, отсутствием непосредственной на­ глядности большинства литейных процессов (плавка, графитизация чугуна, модифицирование расплавов, формирование отливки в форме).

Наши предки — старые русские мастера-литейщи­ ки укрощали литой металл своим искусством, осно­ ванным на личном опыте. Не было у них помощниковприборов, а потому осуществлялся единственный ме­ тод, визуального контроля отливок. Пользуясь своими глазами — «окулярами», контролер делил производи­ мые в цехе отливки на годные и брак.

В настоящее время уровень развития науки, техни­ ки и технологии литейного производства достиг небы­ валых высот. Ныне литейщики обязаны заботиться не только о получении литых заготовок, но и о качестве

121

изготовленных из них деталей, т. е. отливок, прошед­ ших механическую обработку. Поэтому контролю в современных литейных цехах уделяется огромное и всевозрастающее внимание.

В отечественных литейных цехах применяют две системы контроля — профилактический и исполнитель­ ный. Профилактический контроль осуществляет­ ся непосредственно на производственных участках це­ ха. В лаборатории формовочных материалов смесепри­ готовительного участка специальная аппаратура помо­ гает контролировать свойства составов формовочных и стержневых смесей; на участке формовки приборамитвердомерами осуществляют контроль степени уплот­ нения смеси в формах, а специальными шаблонами — правильность установки стержней в форму; в экспресслаборатории плавильного участка устанавливают хи­ мический состав приготавливаемых расплавов; на площадке технологических проб определяют темпера­ туру, жидкотекучесть и другие свойства литейных ра­ сплавов.

Исполнительный контроль осуществляется на специально выделенных участках цеха. На площад­ ках наружного осмотра отливок визуальному (нево­ оруженным глазом или с помощью лупы, дающей 30-кратное увеличение) контролю подвергается вся продукция литейного цеха с целью выявления брака или отливок, подлежащих исправлению. На контроль­ ных плитах путем разметки проверяют правильность геометрии отливок. На стендах гидравлических испы­ таний плотность металла отливок проверяют путем введения в полость отливок воды под высоким (до 200 ат) давлением.

Для контроля свежих формовочных и шихтовых материалов, всесторонней проверки качества получен­ ных отливок, выявления причин обнаруженных в них дефектов, а также для проведения анализов по зада­ нию исследовательских бригад, осуществляющих ме­ роприятия по борьбе с браком и повышению качества отливок, в современных литейных цехах созданы спе­ циальные лаборатории (химическая, металлографиче­ ская, рентгеновская и др.).

Действенность цехового контроля обусловливается тем, что его функции осуществляют работники отдела

122

глубине или.частично выходящие на поверхность отли­ вок, чаще всего выявляются методом магнитной де­ фектоскопии. Метод основан на свойстве потока маг­ нитных силовых линий, проходящих через намагничен­ ную отливку, менять свое направление или рассеи­ ваться около трещин и неметаллических включений (рис. 43). В месте расположения скрытого дефекта рассеявшийся по его очертаниям поток магнитных си­ ловых линий образует дополнительные полюсы S и N. Если погрузить отливку в бак с растворителем (мине­ ральное масло, керосин, бензин), где во взвешенном состоянии находится магнитный порошок окиси желе­ за, то порошок соберется у дополнительных магнит­ ных полюсов и, таким образом, выявит границы де­ фекта. Намагничивание отливок производится спе­ циальным прибором — дефектоскопом. Магнитный метод в настоящее время применяется как для вы­ явления мелких трещин в отливках из стали и серого чугуна, так и трещин в отливках из ковкого чугуна, формирующихся в литейной форме.

На рис. 44 показана современная установка для скоростного флуоресцентно-магнитного контроля стальных литых колес железнодорожного транспорта. Особенность метода заключается в том, что в жид­

123

светом.

Производит ельность

новения в ней внутренних усадочных раковин, газовой пористости и других дефектов. При массовом выпуске их наличие очень легко устанавливается взвешиванием отливок: если масса отливки по сравнению с контроль­ ной занижена, значит, отливка с внутренним изъяном. Однако для успешной борьбы с внутренними порока­ ми отливок этого мало. Необходимо знать еще их раз­ меры, форму и место расположения. В этом случае прибегают к рентгенодефектоскопии — просвечиванию отливок с помощью рентгеновских лучей, способных проникать сквозь толщу металла (рис. 45). Внутрен­ ний порок 4 отливки 2 четко фиксируется на находя­ щейся в кассете 3 фотопленке 5, потому что в месте его расположения посылаемые рентгеновской трубкой 1 лучи легче проникают через металл, а следователь­ но, в большей степени воздействуют на эмульсию, оставляя на ней (после проявления пленки) темные пятна.

Выпускаемые нашей промышленностью рентгенов­ ские аппараты — бетатроны с энергией излучения 4— 30 мэв пригодны для контроля стальных отливок толщиной до 500 мм.

Впоследние годы рентгеновские лучи в сочетании

скинокамерами и телевизионными установками стали использоваться для непрерывного изучения про­ цессов литья. При этом мощная рентгеновская труб-

1«

5

ка 1 (рис. 46) устанавливается по одну сторону от формы 3, в которую из ковша 2 заливают расплав. По другую сторону формы устанавливают флуорес­ цирующий экран 4. Изображение с экрана передается оптической системой 5 на светочувствительную по­ верхность телевизионной трубки 6, электрические сиг­ налы которой усиливаются в блоке 8 и регистрируют­ ся на магнитной пленке видеорекордера 7. Парал­ лельно сигналы поступают к телевизору 11. С его экрана изображение снимается кинокамерой 9 (со ско­ ростью до 50 кадров в секунду) или фотоаппаратом 10. Изображение может одновременно передаваться и на другие телевизионные приемники.

Применение рентгенокинематографии позволяет изучать особенности процессов заливки форм в зави­ симости от состава формовочной смеси и плотности ее набивки, перегрева расплава и других условий литья с тем, чтобы на основе полученных данных разрабо­ тать рекомендации для проектирования литниковых систем, расположения в форме прибылей, холодиль­ ников и других элементов, обеспечивающих получе-

126

ние качественных отливок при максимальном выходе годного литья.

При разбраковке отливок (с делением на годные, дефектные и бракованные), когда контроль необхо­ дим для оценки приблизительных размеров и положе­ ния дефекта, применяют метод ультразвуковой дефек­ тоскопии. В отличие от рентгеновского метода полностью автоматизированные ультразвуковые испы­ тания могут производиться менее квалифицированным персоналом. Малые размеры дефектоскопов допу­ скают их установку в любом месте. Ультразвуком можно контролировать отливки толщиной свыше 1 м. Метод основан на способности ультразвуковых (час­ тота от 500 тыс. до 10 млн. периодов в секунду) волн проходить через плотные однородные тела и задержи­ ваться при встрече с раковиной, трещиной или дру­ гим каким-либо препятствием.

Ультразвуковой дефектоскоп состоит из лампово­ го генератора (создает переменное электрическое на­ пряжение высокой частоты), излучателя с пластинкой из кварца, титанита или бария (преобразует электри­ ческие колебания в ультразвуковые), приемника с такой же пластинкой (преобразует ультразвуковые колебания обратно в электрические) и осциллоскопа, на экране которого получается условное световое изо­ бражение внутренних пороков отливки. При контроле излучатель плотно прикладывается к исследуемой от­ ливке. Генератор посылает порцию электрических ко­ лебаний, а излучатель — луч в отливку, благодаря которому приводятся в колебание частицы отливки, расположенные по одной прямой (рис. 47). Достигнув противоположной стороны отливки, ультразвуковые колебания отразятся и направятся вверх. Если в этом месте поставить приемник с кварцевой пластинкой, то она преобразует ультразвуковые колебания в элек­ трические. В результате на волнистой световой линии экрана осциллоскопа появится пик (всплеск). Значит, ультразвуковой луч беспрепятственно прошел через толщу отливки и, следовательно, внутренние дефекты

вметалле отсутствуют. При наличии в металле отлив­ ки внутреннего порока на экране осциллоскопа по­ явятся два пика: крайний правый, являющийся, как и

впредыдущем случае, донным сигналом, а другой —

12Z

Рис. 47. Распространение ультразвуковых волн при контроле

В результате проведенных в нашей стране исследо­ ваний пришли к выводу, что ультразвуковой контроль может применяться для неразрушающего (без выре­ зания образцов из отливки) определения предела прочности и термической выносливости отливок из обыкновенного или малолегированного серого чугуна.

Для выявления внутренних пороков отливок ли­ тейщики применяют также и радиоактивные изотопы.

Изотоп — разновидность химического элемента, очень сходная по большинству свойств с основным элемен­ том, которая отличается от него только строением атомного ядра. По сравнению с рентгеновским мето­ дом гамма-дефектоскопия имеет ряд преимуществ: отсутствие громоздкой аппаратуры, способность про­ свечивать отливки большей толщины, так как гаммалучи являются более жесткими (отличаются меньшей длиной волны), возможность выявления внутренних пороков в металле крупных отливок и в труднодо­ ступных их местах.

128

диоактивных элементов различными ядерными час­ тицами (тепловыми нейтронами в ядерном реакторе), выделением продуктов распада ядерного горючего после его использования в атомном реакторе и бом­ бардировкой природных элементов в различных уско­ рителях. По сравнению с естественными (радий, ак­ тиний, полоний, уран и др.), а также искусственно создаваемыми (нептуний, плутоний и др.) радиоактив­ ными элементами изотопы нерадиоактивных элемен­ тов гораздо дешевле. С учетом этого в настоящее время для просвечивания гамма-лучами применяют почти исключительно радиоактивные изотопы и глав­ ным образом лучший из них — кобальт-60.

При подготовке к гаммаграфированию небольшое количество радиоактивного изотопа помещают в спе­ циальную ампулу (рис. 48). Затем ампулу вводят в

свинцовый контейнер (рис. 49), где ее держат перед контролем в положении хранения. Во время контроля отливки ампула продвигается до рабочего окна кон­ тейнера и облучает отливку направленным пучком лу­ чей. Полное выдвижение заряженной ампулы из кон­ тейнера недопустимо, так как может привести к облу­ чению обслуживающего персонала.

При радиографии пользуются несколькими при­ емами: группу отливок располагают вокруг одного ис­ точника гамма-лучей с получением одновременно гаммаграмм всех отливок; источник гамма-лучей по­ мещают в центр цилиндрической отливки, а серию фо­ топленок — на его наружной поверхности; источник помещают на некотором расстоянии от отливки, когда направление гамма-лучей перпендикулярно ее плос­ кости.

Наряду с контролем отливок в настоящее время радиоактивные изотопы применяются при отработке литейной технологии, для изучения действия прибы-

Рис. 48. Ампула естественного радиоактивного элемента радия:

/радий; 2 — ампула стеклянная; S — чехол латунный; 4 — амортиза­

торы резиновые; 5 — пломба.

Рис. 49. Контейнер для гаммаграфирования изотопом кобальт-60:

а) _ ампула в положении хранения; б) — ампула светит направленным пучком; в) — ампула вне защитного кожуха; 1 — наружный защитный кожух; 2 — выемной кожух; 3 — ампула.

леи при формировании отливок, проверки работы гра­ фитовых пробок стопорных сталеразливочных ковшей и в других случаях практики литейного производства.

Аппаратура гамма-дефектоскопии, предназначен- ' ная для проверки экспериментальных отливок перед началом нх серийного производства и отработки лит­ никовых систем литейного цеха ковкого чугуна, состоит из пушки с зарядом кобальта-60. Заряд, имею­ щий размеры карандашной резинки, заложен в кап­ сюль из нержавеющей стали и помещен в центре свин­ цового контейнера. Пушка располагается внутри помещения без окон, со стенами из литого бетона толщиной 0,9 м її для удобства радиографирования снабжена системой передвижения. В помещении уста-

130