12.9. Газовые пузыри
Внутренние газовые пузыри в литом металле
Внутренние газовые пузыри в литом металле это не связанные с поверхностью газовые полости округлой или вытянутой, канальной формы, располагающиеся в виде отдельных образований, строчек, скоплений отдельных пузырей, соединенных между собой каналами во внутренних объемах слитка или отливки (рис. 12.15, а). Внутренние пузыри, расположенные в виде скоплений, называют обычно сотовыми пузырями. Пузыри имеют гладкую поверхность в отличие от усадочной рыхлости, на поверхности которой наблюдается дендритная структура. Иногда вокруг крупных пузырей располагаются более мелкие. Размеры пузырей колеблются от долей до нескольких миллиметров.
Газовые пузыри выявляются на макрошлифах и в изломах. Крупные скопления выявляются методами неразрушающего контроля (НК).
В образовании внутренних пузырей основную роль играет высокая концентрация растворенных в жидком металле газов. Причинами высокой газонасыщенности расплава являются высокая температура металла при выплавке и недостаточная степень его раскисления и рафинирования.
Рис. 12.15. Газовые пузыри: а - внутренние, поперечное сечение отливки, сталь, темплет; б, в - подкорковые, прессованный профиль, алюминиевый сплав; г - подкорковый, прессованный профиль, макроструктура; д - подкорковые, поверхность листа, алюминиевый сплав; е - свищ в сварном шве, алюминиевый сплав.
Для предупреждения возникновения внутренних пузырей используются:
- сушка (прокалка) и подогрев шихты, ферросплавов и шлакообразующих материалов;
- оптимальное рафинирование и раскисление жидкого металла;
- защита от вторичного окисления при выпуске и разливке жидкого металла (защита аргоном, разливка под слоем шлака и т.д.);
- подготовка и применение просушенных изложниц, прибыльных надставок, сифонного припаса;
- подогрев и нанесение тонким слоем противопригарных покрытий на стенки изложниц;
- соблюдение оптимальных температурно-временных параметров наполнения слитка (отливки);
- обеспечение эффективного функционирования прибыли за счет засыпки поверхности металла термоизоляционной смесью.
Если расположение пузырей локализовано, для устранения дефекта можно обрезать донную или прибыльную часть слитка в необходимых пропорциях.
Дефект при дальнейшем деформировании металла может стать причиной возникновения расслоений.
Поверхностные (подкорковые) газовые пузыри в литом металле
Данный дефект представляет собой сообщающиеся с поверхностью отливки или слитка газовые полости округлой или вытянутой формы (рис. 12.15 б, в). Пузыри в виде тонких каналов, ориентированных перпендикулярно к поверхности металла, образуют так называемые сотовые пузыри (сотовая пористость). Диаметр пузырей может достигать нескольких миллиметров, протяженность каналов – свыше 10 мм. Дефекты располагаются, как правило, группами в поверхностном слое отливки. Вокруг подкорковых газовых пузырей часто располагаются ликваты.
Газовые пузыри выявляются на макрошлифах и в изломах.
Образование подкорковых газовых пузырей обусловлено следующими причинами:
- толстым и влажным слоем смазки на стенках изложницы (при этом продукты окисления не успевают всплыть и застревают в застывшем подкорковом слое);
- использованием изложниц или форм с изношенными поврежденными стенками или моделей с поврежденной поверхностью (источником образования газов являются скопления влаги и смазки в дефектных местах поверхности, которые служат центрами и концентра-торами зарождения пузырей на поверхности формы;
- повышенной влажностью изложниц и прибыльных надставок;
- недостаточной газопроницаемостью формы и некачественным противопригарным покрытием.
Для предупреждения образования поверхностных пузырей необходимо:
- соблюдение технологии выплавки, рафинирования, раскисления и разливки металла; тщательная подготовка форм, изложниц, прибыльных надставок и сифонной (литниковой) системы (применение высококачественных сухих сифонных припасов, чистых, согретых и правильно смазанных изложниц, просушенных и тщательно нанесенных на поверхность форм противопригарных покрытий);
- применение шихты, лигатур и шлакообразующих добавок с влажностью, не превыша-ющей допустимую.
Если подкорковые газовые пузыри локализованы и их размеры не выходят за допуски по техническим условиям, они удаляются зачисткой и, если это возможно, заваркой.
Подкорковые газовые пузыри, окислившиеся в процессе нагрева, при горячей деформации не завариваются и выходят на поверхность металла в виде мелких прерывистых трещин с окисленной поверхностью, вытянутых в направлении деформации и располагающихся обычно группами. При дальнейшем деформировании металла они могут стать причиной возникновения расслоений.
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.