Дефекты. Их виды и классификация

Дефект (в строгом определении) – это каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Для поиска, фиксации и оценки дефектов в изделии ис-

 

пользуется соответствующая только этому дефекту система контроля – совокупность средств контроля, исполнителей (контролеров) и объекта контроля, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией. В зависи- мости от способности системы контроля выявлять дефекты они бывают явными (выяв- ляемыми данной системой контроля) и скрытыми (для них применяемая система кон- троля не предусмотрена). Если при наличии дефекта использование изделия по назна- чению практически невозможно или недопустимо, он относится к критическому. По степени влияния на использование продукции по назначению и (или) на ее надежность дефекты (но не критические) делятся на значительные и малозначительные. По технической возможности и экономической целесообразности бывают исправимые и неисправимые дефекты.

Встречающиеся в металлических изделиях и полуфабрикатах дефекты различают по размерам и расположению, а также по природе их происхождения. Они могут образо- ваться в процессе плавки и литья (раковины, поры, зоны рыхлоты, включения, ликваци- онные зоны, горячие трещины, неслитины и т.д.); обработки давлением (внутренние и поверхностные трещины, расслоения, пресс-утяжины, рванины, заковы, закаты, плены, флокены и т.д.); термической и химико-термической обработки (зоны грубозернистой структуры, перегрева и пережога, термические трещины, несоответствие заданному зна- чению толщины закаленного, цементованного, азотированного и других слоев, а также толщины слоя гальванического покрытия и т.д.); механической обработки (шлифовочные трещины, прижоги); сварки, пайки, склеивания (непровар, трещины, непропай, непро- клей); хранения и эксплуатации (коррозионные поражения, усталостные трещины, тре- щины термической усталости, ползучести) и т.д. Для указанных дефектов характерен один общий признак: они вызывают изменение физических характеристик мате- риала, таких, как удельная электрическая проводимость, магнитная проницаемость, ко- эффициент затухания упругих колебаний, плотность, коэффициент ослабления излуче- ний и т.д.

Как было указано ранее. дефекты имеют различное происхождение и отличаются по виду, размерам, месту расположения, ориентации относительно волокна металла. При выборе метода контроля следует изучить технологию объекта, характер возможных де- фектов и определить условия на отбраковку объекта или его предельного состояния. По расположению дефекты могут быть внутренними, залегающими на глубине более 1 мм, подповерхностными (на глубине до 1 мм) и поверхностными.

При контроле для каждого дефекта независимо от его вида или типа может быть оп- ределен конкретный характеристический размер. При радиографии и электромаг- нитных методах контроля характеристическим размером является отношение глубины дефекта к толщине металла (безразмерная величина); при ультразвуковом контроле — эквивалентная площадь дефекта (мм2) или условный коэффициент выявляемости де- фекта (безразмерная величина).

Предельная чувствительность средства контроля (аппаратуры) характеризуется минимальным размером дефекта, который еще может быть обнаружен с заданной веро- ятностью в данном изделии при данной настройке аппаратуры. Каждому виду контроля может соответствовать своя предельная чувствительность для одного и того же изде- лия. При одной и той же настройке аппаратуры при контроле разных изделий, например, из различных материалов, средство контроля может иметь разные значения предельной чувствительности.

Литейные дефекты

Усадочные раковины - открытые или закрытые сравнительно большие полости про- извольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящие- ся в теле отливки. Образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвер- девании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затверде- вает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и кор- кой отливки.

 

Рыхлота - местное скопление мелких усадочных раковин при крупнозернистой структуре металла. Часто встречается рыхлота, расположенная над усадочной ракови- ной.

Пористость - местное скопление мелких газовых или усадочных раковин. Газовая пористость обычно наблюдается в большом объеме отливки или отдельных ее участках. Усадочная пористость часто располагается под концентрированной усадочной ракови- ной, являясь ее продолжением или продолжением подусадочной рыхлоты.

Ликвационные зоны - нерааномерность химического состава металла в теле отлив- ки. Причиной ликвации является различная температура затвердевания чистого металла и содержащихся в расплаве примесей. Различают дендритную и зональную ликвации.

Дендритная ликвация образуется по границам дендритов обычно в корковой зоне слитка. Зональная ликвация образуется в тех областях слитка, которые затвердевают в последнюю очередь. Разновидностью зональной является подусадочная ликвация - расположенная под усадочной раковиной область отливки, обогащенная углеродом и ликвирующими примесями (серой, кислородом, фосфором и др.). При травлении макро- шлифов слитков дефект выявляется в виде темно-травящихся полосок или пятен. На микрошлифах из зоны дефекта наблюдается скопление сульфидов и оксидов.

Газовые пузыри или раковины - в литом металле представляют собой полости (ок- руглые, овальные или продолговатые) с чистой и гладкой, иногда окисленной поверхно- стью. По расположению в слитках пузыри могут быть внутренние и подкорковые. Внут- ренние пузыри расположены произвольно по объему слитков, в спокойной стали пре- имущественно в верхней части слитков, а в кипящей - в средней по высоте и сечению зоне. Подкорковые пузыри расположены у поверхности слитков и представляют собой тонкие извилистые каналы, часто выходящие на поверхность. Горячая деформация при- водит к завариванию пузырей в том случае.если стенки их не содержат стойких оксидов или силикатов, а содержат только оксиды железа и марганца. На поперечных макро- шлифах спокойной стали незаварившиеся пузыри имеют вид тонких полосок. Микро- структура в зоне, расположенной возле незаварившихся пузырей, характеризуется лик- вационными участками и скоплениями сульфидов. Газовые пузыри в литом металле об- разуются вследствие выделения газов в период кристаллизации, поскольку их раство- римость в твердом металле значительно меньше, чем в жидком.

Песчаная раковина - полость в теле отливки, частично или полностью заполненная формовочным материалом.

Шлаковая раковина – полость, заполненная шлаком.

Неметаллические включения - бывают двоякого рода и происхождения: 1 - вклю- чения неметаллических частиц, попавших в металл извне; так, частицы шлака, огнеупо- ра, графита, песка и т.д. могут попасть в форму вместе с расплавом и образовать шла- ковые и песчаные включения, которые чаще всего расположены в верхних частях отлив- ки или на их поверхности; 2 - включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитри- дов, образующихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонен- тов при расплавлении и заливке сплава. Они располагаются в виде цепочек или сетки, часто по границам зерен, По форме бывают округлые или удлиненные. Последние могут сильно снижать пластичность металла.

Металлические включения - инородные металлические тела в основном металле отливки. Такими телами могут быть нерасплавленный легирующий компонент, модифи- катор, внутренний холодильник и т.д.

Утяжина - углубление с пологими краями на массивной части отливки, образовав- шееся вследствие усадки металла при затвердевании. Под утяжиной возможны внут- ренние дефекты.

Плены - пленки на поверхности или внутри отливки, состоящие из окислов, часто с включениями формовочного материала. К образованию плен склонны высоколегирован- ные сплавы. Плены в отливках возникают в результате того, что при заполнении формы составляющие расплава вступают в химическую реакцию с атмосферой и материалом формы, а из продуктов реакции (окислов хрома. алюминия, титана и нитридов, не рас-

 

творяющихся в сплаве) на поверхности расплава образуется тугоплавкая и плотная пленка. При механическом разрушении этой пленки в процессе заливки формы отдель- ные куски ее оседают в различных местах формы.

Спаи - сквозные или поверхностные с закругленными краями щели или углубления в теле отливки, образованные неслившимися потоками преждевременно застывшего ме- талла. При прерывистой заливке и неравномерном поступлении металла в форму ино- гда возникают внутренние спаи (неслитины), одной из причин которых могут быть окис- ные плены, создающие значительное сопротивление движению расплава.

Горячие трещины - обычно хорошо видимые разрывы поверхности отливки, рас- пространяющиеся по границам кристаллов и имеющие неровную окисленную поверх- ность, на которой при увеличении видны дендриты. Образуются вследствие усадки при застывании расплава в формах. Характерными признаками горячих трещин являются их неровные (рваные) края и значительная ширина.

Холодные трещины - очень тонкие разрывы поверхности отливки, имеющие обыч- но чистую, светлую с цветами побежалости зернистую поверхность. Образуются из-за внутренних напряжений или механического воздействия при температуре ниже темпера- туры свечения отливки. В отличие от горячих трещин холодные распространяются по зернам, а не по их границам. располагаются они преимущественно в острых углах и дру- гих местах концентрации напряжений.

Термические трещины - обычно хорошо видимые глубокие разрывы поверхности отливки. Поверхность излома раскрытой трещины - мелкозернистая, окисленная или с цветами побежалости. Обнаруживаются эти трещины в отливках после термической об- работки. Причина возникновения - высокие температурные растягивающие напряжения, совпадающие по знаку с остаточными напряжениями,