12.11. Усадочная рыхлость

Усадочная рыхлость  это скопление несплошностей неправильной формы, проявляющихся в виде отдельных участков с пористым ноздреватым строением без явных признаков пластической деформации (частный случай усадочной раковины показан на рис. 12.17).

Дефект наблюдается в литом и деформированном металле.

Поверхность усадочной рыхлости может быть окисленной или блестящей (неокисленной). В отливках дефект располагается преимущественно в тепловых узлах или в центральных сечениях, в деформированных заготовках  вытянут по направлению деформации вдоль центральной зоны. Идентифицируется на травленых микрошлифах.

При прокатке, штамповке и ковке усадочная рыхлость может приводить к образованию расслоений.

Усадочная рыхлость обнаруживается при механической обработке отливок визуально. Идентифицируется на макрошлифах и изломах, выявляется методами НК.

Дефект возникает из-за уменьшения объема жидкого металла при его затвердевании и недостаточного количества расплавленного металла в конце затвердевания отливки, способного заполнить образующиеся пустоты.

Рис. 12.17. Усадочная рыхлость: а – сосредоточенная, поперечное сечение отливки, макроструктура; б, в – рассредоточенная, излом, литая сталь.

Образованию дефекта способствуют:

- несоблюдение технологических режимов модифицирования и кристаллизации слитка (отливки), препятствующих направленному формированию усадочной раковины;

- малоэффективная работа сифонной и литниково-питающей систем, а также отклонения в режиме наполнения изложницы сверху;

- неправильный выбор типа изложницы и несоблюдение теплофизических параметров работы прибылей;

- отклонения температурно-временных параметров заполнения изложницы и формы;

- широкий интервал кристаллизации металла.

К мерам предупреждения возникновения усадочной рыхлости относятся:

- соблюдение технологии выплавки и разливки жидкого металла;

- создание оптимального режима кристаллизации металла путем выбора правильного соотношения геометрических размеров отливок, а также размеров и объема питающих прибылей;

- рациональное размещение холодильников и тепловых узлов;

- снижение содержания вредных примесей (неметаллических и газовых включений, легкоплавких примесей).

Дефект исправлению не поддается. При изготовлении полуфабрикатов из слитков дефект можно частично устранить путем подбора температурно-деформационных режимов получения заготовок под заданные требования.

В литом металле при наличии усадочной рыхлости снижаются механические свойства пропорционально площади, занимаемой дефектом; в деформированном металле, проявляясь в виде расслоений, дефект резко снижает прочностные и пластические свойства по толщине проката. Заварившаяся при горячей деформации усадочная рыхлость влияния на механические свойства практически не оказывает.

12.12. Неметаллические включения

Неметаллические включения  это дефект в виде неметаллических частиц, попавших в металл механическим путем (экзогенная природа образования) или образовавшихся вследствие химического взаимодействия компонентов расплава при расплавлении и заливке металла (эндогенная природа образования - рис. 12.18- 12.20).

Наблюдаются в виде отдельных частиц произвольной формы, их скоплений, строчек, плен.

Они могут располагаться в литом металле под усадочной раковиной в верхней части отливки. Возможна зональная сегрегация неметаллических включений. Скопления включений могут наблюдаться в районе пористости отливки.

В деформированном металле указанные единичные включения либо скопления вытягиваются вдоль направления деформации. Неметаллические включения могут проявляться в виде темных и светлых корочек, либо темных компактных включений, в изломах в виде единичных вкраплений, раздробленных частиц или их скоплений темного цвета. Оксидные плены выявляются на микрошлифах в виде нитевидных включений.

Химический и фазовый составы неметаллических включений определяются химическими и физическими методами.

Крупные неметаллические включения и их скопления выявляются методами НК.

Рис. 12.18. Неметаллические (шлаковые) включения: а – шлаковые включения в прокате, излом; б– крупное шлаковое включение в прессованном прутке, темплет; в – крупное шлаковое включение в прессованном профиле, темплет.

Рис. 12.19. Раскатанные шлаковые включения в прокате, алюминиевый сплав АМг5:

а – поперек направления прокатки, излом,

б – мелкие включения вдоль направления деформации,

в – крупное включение, вдоль направления деформации, микроструктура,  100.

Рис.12.20. Неметаллические включения (отливки, макроструктура): а – кольцевая темная корочка; б – кольцевая светлая корочка; в – светлые серповидные корочки.

Источником неметаллических включений служат кусочки футеровки, шлак, продукты раскисления, не полностью удаленные из жидкого металла. Появлению неметаллических включений способствует следующее:

- нарушение технологии подготовки изложниц и форм, нарушение технологии выплавки;

- повышенная загрязненность шихты;

- неудовлетворительная защита жидкого металла при выпуске и разливке;

- несоблюдение температурно-временных параметров заполнения изложниц и форм.

Для предупреждения попадания неметаллических включений в металл необходимы:

- обеспечение чистоты шихтовых материалов;

- соблюдение технологии рафинирования и раскисления расплава;

- обеспечение защиты струи и зеркала металла при разливке;

- продувка расплава нейтральными газами;

- вакуумирование расплава;

- наведение в ковше активного рафинирующего шлака;

- для алюминиевых сплавов – фильтрация расплава через стеклоткань или кусковые фильтры.

Локальные скопления неметаллических включений, выходящие на поверхность, могут быть удалены вырезкой (зачисткой) дефектной части отливки с последующей заваркой дефектных участков. Неметаллические включения, расположенные внутри тела слитка, могут быть измельчены при дальнейшей деформации.

Скопления неметаллических включений снижают механические и служебные свойства изделий, особенно пластичность и ударную вязкость.

Крупные скопления неметаллических включений могут вызвать разрушение металла в процессе его дальнейшей деформации. Неметаллические включения могут обусловить появление в прокате трещин, волосовин, расслоений.