12.1. Классификация отливок по группам контроля.

Все отливки можно подразделить на пять групп.

Группа 1. Отливки, работающие при максимальных для данного сплава нагрузках, поломка которых ведет к аварии машины, связанной с риском для здоровья и жизни людей. К этой группе можно отнести, например, литые турбинные лопатки авиационных двигателей, детали рулевого управления и тормозов автомобилей.

Группа 2. Отливки, поломка которых ведет к аварии машины, ее остановке, значительному ремонту, но не угрожает здоровью и жизни людей, например, лопатки турбокомпрессоров наземных двигателей внутреннего сгорания, клапаны, толкатели и некоторые другие движущиеся детали.

Группа 3. Отливки, при поломке которых требуется заменить их, например рычаг ручной подкачки бензина, рычаг привода акселератора автомобильного двигателя, литые кронштейны.

Группа 4. Детали, при поломке которых машина некоторое время может работать до планового ремонта или до остановки в конце смены, например кожухи, ненагруженные кронштейны.

Группа 5. Отливки, отсутствие которых ухудшает только внешний вид, но не работу машины, например эмблемы, декоративные детали.

Группу контроля отливок определяет конструктор машины и записывает в технические условия чертежа детали, исходя из которых, технологи совместно с работниками технического контроля назначают нормы и разрабатывают методы контроля.

Каждую отливку группы 1 контролируют с использованием общих специальных методов: визуально для определения наружных дефектов, по геометрическим размерам, химическому составу, механическим и специальным свойствам; выявляют внутренние, а также невидимые невооруженным глазом поверхностные дефекты.

Отливки группы 2 контролируют по размерам и выявляют внутренние и внешние дефекты. От партии отливок одной плавки проверяют механические свойства на образцах. В ряде случаев проверяют специальные свойства.

Контроль отливок группы 3 включает проверку геометрических размеров и наружных дефектов, а также проверку химического состава сплава каждой плавки. Из механических свойств в некоторых случаях проверяют только твердость. Внутренние дефекты в отливках этой группы не контролируют.

У отливок группы 4 контролируют точность геометрических размеров и выявляют дефекты. Химический состав проверяют от каждой плавки или от сменной (суточной) партии плавок.

Отливки группы 5 проверяют только по внешнему виду и выборочно (от 10 до I %) — по геометрическим размерам. Химический состав отливок этой группы проверяют обычно 1 раз в сутки и он является факультативным.

Таким образом, для отливок различного назначения нормы и методы контроля различны.

12.2. Методы контроля

Контроль химического состава сплава. Химический состав сплава контролируют лабораторным анализом. При выплавке сплава в цехе из исходных материалов непосредственно перед заливкой форм следует проверять 100 % плавок на основные элементы сплава и вредные примеси. При наличии сертификатов на исходные мате­риалы (например, на сталь, ферросплавы), точном соблюдении техно­логического процесса плавки, а также периодической проверке на­весок шихтовых материалов на некоторых заводах контроль всех плавок заменен контролем химического состава каждой десятой плавки по одному или нескольким элементам сплава, содержание которых сильно колеблется. В случае такого контроля по результатам химического, анализа каждой десятой плавки ОТК решает вопрос выпуска в производство всех десяти плавок. Если результаты ана­лиза десятой плавки неудовлетворительны, проводится контроль каждой плавки.

Если шихтой является готовый проверенный сплав и использу­ются строго маркированные литейные отходы, при их надежном хранении можно допустить контроль химического состава сплава, беря пробу от одной отливки в сутки.

Состав сплава определяют методами химического и спектрального анализов.

Химический анализ позволяет выделить в чистом виде или в виде соединений отдельные элементы сплава и определить их процентное содержание. При содержании определяемого элемента в сплаве больше 1 %, этот метод достаточно точен, но длителен (до нескольких часов).

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра излуче­ний при воздействии дугового разряда на поверхность анализируе­мого сплава. По сравнению с химическим анализом, он имеет следующие преимущества: быстрота анализа (для количественного анализа фотографическим методом требуются 15—25 мин, а при сортировке металла для одного анализа достаточно 1—2 мин); высокая точность определения большинства элементов; универсальность (одно и то же оборудование для разных сплавов); определение химического состава практически без повреждения образца или детали; возможность сохранения пластинок со спектрами.

Спектральный анализ состоит из пяти этапов: превращение пробы в газ, возбуждение свечения газа, разложение светящегося газа в спектр, фиксация спектра, качественная оценка (измерение интенсивности спектральных линий). Для работы по перечисленным этапам необходимо специальное оборудование: спектограф с гене­ратором искры или дуги, стилоскоп, микрофотометр, спектропроектор.

С использованием современных многоканальных спектроскопических квантометров можно за 4—6 мин провести полный химический анализ сплавов с содержанием до 20 элементов, при концен­трации их от 0,001 до 20,0 %, что особенно ценно в массовом про­изводстве.

При литье по выплавляемым моделям пробу на химический и спектральный анализ обычно выполняют в виде прилитого к блоку образца, с которого берут стружку для химического анализа, а остав­шуюся часть образца используют для спектрального анализа.

В мировой практике созданы быстродействующие специальные приборы для анализа элементов сплава. Эти приборы основаны на использовании инфракрасного анализатора, а не химического или физико-химического метода анализа.

Визуальный контроль отливок. При этом проводят разбраковку партии отливок по внешним дефектам, видимым невооруженным глазом. Контролер сравнивает обнаруженный дефект с допустимым по утвержденному эталону или описанию в технических условиях на отливку. Отливки с дефектами, превышающими допустимые, после отрезки от литников бракуют или направляют на исправление.

Бракованные отливки следует изолировать, с тем, чтобы они слу­чайно не попали в годные.

Забракованные контролером отливки должны быть классифици­рованы по видам брака. Результаты разбраковки партии отливок следует фиксировать в журнале, указывая общее число изготовленных отливок, а также число годных и забракованных по каждому виду брака. Так, устанавливают преобладающие виды брака и намечают пути его предупреждения.

Контроль размеров отливок. Размеры отливки контролируют по ее чертежу. Периодически следует проверять все размеры отливок. Такой контроль производят при запуске в производство новых пресс-формы, кокиля, модельных комплектов, а также после их ремонта. При этом обмеряют все отливки одной или нескольких партий по всем размерам, указанным в чер­теже, применяя в ряде случаев разрезку части отливок по сечениям и разметку. Разметка отливок позволяет проверить наличие необхо­димых припусков на обрабатываемых поверхностях. При длительной работе оснастка изнашивается, что приводит к изменению разме­ров отливок. Периодическая проверка размеров отливок и своевременное исправление оснастки обеспечивают поддержание точности отливок на требуемом уровне.

Постоянно надлежит контролировать размеры, колеблющиеся вследствие разной усадки или коробления выплавляемых моделей и отливок. Коробление зависит от температурных режимов изготовления и хранения выплавляемых моделей, от условий кристаллизации и остывания отливок.

В серийном и массовом производстве постоянно контролируемые размеры отливок проверяют специальным инструментом: проход­ными и непроходными калибрами (пробками), скобами, в мелкосерий­ном производстве — универсальным мерительным инструментом: штангенциркулями и микрометрами. Некоторые сложные отливки, где кроме абсолютных размеров важно взаимное расположение от­дельных поверхностей и сечений, проверяют в специальных прибо­рах с помощью шаблонов и калибров.

Реже применяют электромагнитные способы измерения. Проверку отливок в литейном и механическом цехах следует выполнять от одних и тех же баз. Только при этом условии в контроле их будет соблюдена необходимая идентичность.

Контроль механических свойств отливок. О механических свойствах отливок судят по их твердости, сопротивлению растяжению, относительному удлинению образцов, относительному сужению пло­щади поперечного сечения образцов, ударной вязкости. Испытания на изгиб, сжатие, кручение, срез, усталостные проводят в редких случаях, когда с учетом условий службы деталей эти виды контроля указаны на чертеже. Отливки из жаропрочных сплавов, работающие при высоких температурах, испытывают на жаропрочность.

Контроль твердости осуществляют после термообработки отливок. Проверку твердости тонкостенных деталей удобнее вести на приборе ТК (по Роквеллу), который оставляет незначительный отпечаток на отливке. Для остальных отливок можно применять приборы для замера твердости по Брюнелю. Литейная корка отливки, застывающая в первую очередь, имеет иную структуру, чем ее тело. Так как поверхность отливки может быть обезуглероженной или окисленной, ее для определения истин­ной твердости зачищают на глубину 0,5—1 мм. Твердость проверяют непосредственно на отливках, не делая образцов. Отливки проверяют на твердость по нормам контроля в количестве 1—10 % одной плавки или термосадки.

Контроль механических свойств отливок на растяжение проводят на специальных литых или вырезанных из литых заготовок (брусков) механически обработанных образцах. Определяют предел текучести, временное сопротивление при растяжении, одновременно относительное удлинение и относительное сужение площади попе­речного сечения. Эти величины наиболее полно характеризуют прочность и пластичность металла отливок.

Для испытаний на растяжение часто используют разрывные машины, обеспечивающие плавность статического нагружения, регули­рования скорости испытаний и точность показаний нагрузки не менее ±1 %.

Литье по выплавляемым моделям получило широкое распростра­нение для изготовления деталей ответственного назначения, работаю­щих в условиях воздействия высоких температур, например литых рабочих турбинных колес турбокомпрессоров автомобильных дизель­ных двигателей, длительно работающих при температурах до 750 °С. В зависимости от условий работы литых деталей контрольные об­разцы от их партии (от плавки или термосадки) проверяют на растя­жение при повышенных температурах (кратковременные испытания) и жаропрочность (или длительную прочность). Длительной прочностью называют свойство сплава противо­стоять разрушению под длительным действием постоянно приложен­ной нагрузки при заданной повышенной температуре.

Контроль структуры отливок. Квалифицированный анализ струк­туры металла отливок может дать много сведений об их свойствах. По характеру излома, например, можно оценить чистоту металла отливки от неметаллических включений, величину зерна, пластичность сплава. По макроструктуре можно определить величину зерна и характер кристаллизации отливки, в некоторых случаях — факти­ческую температуру заливки. Макроструктуру отливки исследуют без увеличения на конкретной детали.

Более тонкое исследование структуры проводят на шлифах, выре­занных из контролируемой части отливки. При рассмотрении микро­структур при значительном увеличении (в 100—500 раз и более) можно определить структурные составляющие, характер структур­ного упрочнения сплава: выявить упрочняющие фазы — карбиды, нитриды, интерметаллиды. Металлографический анализ микрострук­тур позволяет судить о химическом составе и механических свойствах материала отливок, выявлять неметаллические включения, вредные примеси в металле.

Исследования микроструктуры проводят на полированных травленых шлифах, вырезанных из отливки. Структуры сплава исследуют с помощью оптических микроскопов при увеличении до 2000. На практике чаще всего пользуются увеличением в 100—500 раз.

Для более точной расшифровки сплава по содержанию отдельных фаз, выявления их химического состава применяют рентгеноструктурный анализ. Он основан на свойстве строго определенных для данной фазы кристаллических решеток отражать под определенными углами, в зависимости от расположения кристаллических плоскостей, рентгеновские лучи. Результат рентгеноструктурного анализа — характер отражения рентгеновских лучей от кристаллических плоскостей — фиксируется на фотопленке в виде декаграммы, на которой получа­ются изображения, аналогичные поверхностям, проведенным через группы атомов определенной кристаллической решетки. С помощью имеющихся формул и таблиц специалист идентифицирует кристалли­ческую решетку соединения металлической или интерметаллидной фазы.

Контроль отливок на отсутствие трещин. Трещины в отливках иногда бывают малыми и незаметными при визуальном контроле. При контроле внутренних дефектов рентгенопросвечиванием трещины также трудно выявить из-за большой массы просвечи­ваемого металла.

Для выявления трещин в отливках используют следующие методы контроля - магнитный, люминесцентный и цветной дефек­тоскопии.

Магнитный контроль применим для сталей и сплавов, обла­дающих магнитными свойствами. Принцип магнитной дефектоскопии основан на том, что в намагниченной отливке трещины искажают магнитное поле и силовые линии концентрируются по границам трещин. Намагниченную с помощью магнитного дефектоскопа от­ливку погружают в суспензию с магнитным порошком, которым концентрируется и удерживается на границах трещины, делая ее видимой.

Для обнаружения трещин отливку намагничивают так, чтобы силовые линии магнитного поля пересекали дефект под прямым углом. Поэтому для выявления поперечных трещин применяют намагничи­вание отливки продольным магнитным полем, а для выявления косо-расположенных трещин — циркулярное намагничивание. Для выявления трещин любого направления используют комбинированное намагничивание. Перед испытанием отливку обезжиривают. Для обнаружения трещин на фоне отливки применяют чувствительные ферримагнитные черные порошки из магнитной окиси железа.

Люминесцентный или флуоресцентный способ выявления дефектов применим ко всем материалам в тех случаях, когда дефекты выходят на поверхность, в том числе и для немагнитных сплавов.

Флюоресценция — свойство вещества поглощать свет одной длины волны и превращать его в свет другой длины волны. Для дефекто­скопии используют невидимый глазом ультрафиолетовый («черный») свет, под действием которого флюоресцирующая жидкость ярко светится.

Предварительно очищенные и обезжиренные отливки погружают на 10—20 мин в ванну с флюоресцирующей жидкостью. Под дейст­вием капиллярных сил жидкость проникает в трещины или другие дефекты. Излишек жидкости, оставшейся на поверхности отливки, смывают водой. В дефектах жидкость задерживается. Затем «прояв­ляют» дефекты, для чего отливки опыляют порошком, адсорбирую­щим жидкость при выдержке 5—10 мин. Порошок не флюоресцирует, но способствует лучшему выявлению дефектов. Покрывая поверх­ность отливки тонким ровным слоем, порошок гасит флюоресценцию жидкости, оставшейся частично не смытой с поверхности, и тем самым уменьшает фон. В местах расположения дефектов порошок впиты­вает жидкость, вытягивает ее на поверхность. После этого отливки облучают ультрафиолетовым светом. Жидкость, вытянутая порошком на поверхность, флюоресцирует, обрисовывая дефекты в виде ярких, легко видимых глазом светящихся линий,

Контроль внутренних дефектов в отливках. Внутренние дефекты отливок могут быть выявлены при просвечивании отливок рентгеновскими лучами.

Проходя через металл отливки, благодаря малой длине волны (0,31—0,0006 нм) рентгеновские лучи частично пронизывают металл, а частично отражаются многочисленными поверхностями металли­ческих кристаллов, создавая рассеянное вторичное рентгеновское излучение. Интенсивность поглощения рентгеновских лучей металлом зависит от плотности элемента и от его места в периодической системе элементов Д. И. Менделеева (от атомного номера). Чем больше атомный номер просвечиваемого элемента, тем больше он поглощает рентгеновских лучей.

Наиболее распространен фо­тографический метод рентгенодефектоскопии. На пути рентгеновских лучей выходящих из фокуса анода рентгеновской трубки, устанавливают отливку, а за ней фотографическую пленку в кассете или черной светонепроницаемой бумаге, но хорошо проницаемой для рентгеновских лучей. Если на пути лучей встретятся пустоты в отливке (раковины, рыхлоты), то проекция этих мест на фотопленке будет более темной.

Не только пустоты, но и ликвация в отливках, когда в общей металлической массе встречаются более или менее плотные участки с иным химическим составом, хорошо выявляются при рентгенодефектоскопии в виде более темных или более светлых участков на нега­тиве.

Контрастность и четкость негативов важны для правильной оценки дефектов. Они зависят от длины волны рентгеновского излу­чения, величины рассеянного излучения, фокуса трубки, расстояния до пленки и применяемой фототехники.

Для предотвращения рассеяния излучения, снижающего контраст­ность снимка, применяют диафрагмы, экраны и фильтры из свинца. Помещая их в виде фольги между отливкой и пленкой, можно осла­бить эффект рассеяния, так как часть излучения поглощается фоль­гой.

Стопроцентному рентгеновскому контролю подвергают отливки наиболее ответственного назначения, когда поломка детали может вызвать опасность для здоровья и жизни людей. В менее ответствен­ных случаях проводят выборочный рентгеноконтроль.

Рентгенодефектоскопию можно использовать при отработке ЛПС, для выбора оптимальных размеров прибылей. Контроль ультразвуком основан на регистрации донного эффекта импульса ультразвукового генератора. Ультразвуковые волны с ча­стотой 20—10 МГц распространяются в однородном металле отливки прямолинейно и отражаются от поверхностей различных дефектов (трещин, раковин). С помощью осциллографа определяют место рас­положения дефекта. Этим методом проверяют в основном простые по конфигурации отливки. Ультразвуковой контроль является одним из наиболее простых методов выявления внутренних дефектов без разрушения отливок и по мере его совершенствования найдет более широкое применение.

Контроль Герметичности отливок. Простейшее испытание — проба керосином, который наливают в отливку. Керосин подвижная жидкость, хорошо проникает в рыхлоты, трещины, раковины отливки. При сквозных дефектах, через несколько часов на поверхности отливки появляется темное пятно просочившегося керосина. Не все отливки можно испытывать этим способом, для отливок с большим числом отверстий и окон он не пригоден.

Герметичность отливки можно проверить также под давлением.