Анализ дефектов промышленных заготовок из легированных латуней

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ дефектов промышленных заготовок из легированных латуней

Пугачева Н.Б., Овчинников А.С., Лебедь А.В.

Екатеринбург, Ревда Свердловской области, Россия

Легированные латуни занимают лидирующее место среди всех конструкционных машиностроительных материалов, благодаря уникальному сочетанию их высокой технологической обрабатываемости и получаемых эксплуатационных свойств. Специальные латуни помимо меди и цинка могут содержать в своем составе такие элементы как Si, Мn, Fе, Аl, Ni и др. За счет достаточно большой степени легирования в латунях формируется определенная структура, обеспечивающая необходимый уровень не только механических, но и специальных свойств, к которым относятся износостойкость, коррозионностойкость, кавитационностойкость и т.д. В условиях промышленного производства всегда встречаются различного типа дефекты, которые в той или иной мере влияют на качество заготовок. Поэтому анализ встречаемых в ходе технологической обработки дефектов является одним из основных направлений повышения качества ответственных деталей машиностроения.

ОАО «Ревдинский завод по обработке цветных металлов» является одним из ведущих в России предприятий по выпуску труб и прутков из меди, латуни, медно-никелевых сплавов, бронз, в частности трубы для колец синхронизаторов на "АВТОВАЗ", трубы радиаторные для "БЕЛАЗ", "ШААЗ", "Оренбургского радиатора", трубы для холодильников "Индезит", "Норд", "Бирюса", "АТЛАНТ" и т.д., бойлерные трубы для ремонта работающих и сборки новых теплообменных аппаратов для РАО ЕЭС и Росэнергоатома. В связи с этим анализ дефектов медных и латунных заготовок, выпускаемых ОАО «Ревдинский завод по обработке цветных металлов», дает возможность сделать обобщающие выводы по всей отрасли в целом.

Дефекты, встречающиеся на изделиях из легированных латуней можно разделить по видам технологической обработки:

· литейные;

· горячей прокатки и прессования;

· холодной обработки.

Дефекты, полученные на разных стадиях обработки, взаимно влияют друг на друга. Требуемые свойства любого металла или сплава, прошедшего обработку давлением, можно получить при помощи термообработки, обеспечивающей формирование определенной структуры. Это справедливо лишь в том случае, если рассматриваемый материал не содержит в себе каких-либо дефектов, унаследованных от литого состояния. В противном случае, литейные дефекты существенно снижают как прочностные, так и пластические свойства металлов и часто являются причиной преждевременного разрушения готовых изделий.

В настоящее время заготовки из кремнемарганцевых латуней, предназначенные для последующего прессования труб различного диаметра, изготавливаются наполнительным и полунепрерывным способами литья. Полунепрерывное литье обладает рядом преимуществ по сравнению с наполнительным и, поэтому, является предпочтительным:

-высокая интенсивность охлаждения расплава способствует направленной его кристаллизации, уменьшению ликвационной неоднородности, неметаллических и газовых включений;

-непрерывная подача расплава к фронту затвердевания обеспечивает постоянное питание растущих кристаллов, повышает плотность металла;

-существенно увеличивается технологический выход годного.

При непрерывном литье качество слитков, их структура, физические и химические свойства напрямую зависят от качества шихтовых материалов, технологических параметров плавки и литья. В процессе разливки по различным причинам могут сформироваться такие дефекты слитков из медных сплавов как:

-неслитины;

-поверхностные трещины (продольные и поперечные)

-внутренние осевые трещины;

-раковины и поры усадочного происхождения;

-окисные плены и неметаллические включения;

-шлаковые и сажевые засоры;

-коробление и др.

Одним из наиболее распространенных видов брака в слитках из сплавов на медной основе являются трещины. Если неглубокие поверхностные трещины еще можно устранить с помощью операций фрезерования порошками или прессования заготовок круглого сечения с так называемой “рубашкой”, то наличие в слитках внутренних горячих трещин является неустранимым видом брака.

По мнению большинства исследователей причиной возникновения внутренних горячих трещин в слитках являются термические напряжения, возникающие вследствие перепада температуры по горизонтальному и вертикальному сечению кристаллизующегося слитка. Осевые горячие трещины в непрерывнолитых слитках формируются в зоне горячеломкости, определяемой «эффективным» температурным интервалом кристаллизации.

Единственным достаточным условием образования горячих трещин в отливках является равенство относительной деформации растяжения отливок (растягивающего напряжения в них), возникающей вследствие торможения свободной линейной усадки затвердевающего сплава, величине предельной относительной деформации растяжения (пределу прочности на разрыв) данного сплава.

В большинстве случаев трещины появляются из-за нарушения оптимальных технологических параметров разливки или теплофизических условий охлаждения слитка в кристаллизаторе. Основными технологическими параметрами, оказывающими существенное влияние на качество литых заготовок при непрерывном литье, являются температура разливаемого металла, скорость литья и давление воды в системе охлаждения кристаллизатора. Можно выделить следующие закономерности образования трещин в цилиндрических заготовках, полученных в кристаллизаторах с непосредственным охлаждением водой:

1. по мере увеличения скорости литья увеличиваются внутренние напряжения и возможность образования трещин в слитке;

2. по мере увеличения высоты кристаллизатора возможность образования трещин уменьшается;

3. уменьшение интенсивности охлаждения слитков также уменьшает возможность образования трещин в слитках;

4. для каждого диаметра слитка существует определенная скорость литья, соответствующая началу возникновения трещин;

5. по мере повышения температуры литья возможность образования трещин возрастает;

6. недостаточное центрирование поступления расплавленного металла в лунку вызывает несимметричность строения слитка, что увеличивает возможность образования трещин;

7. недостаточное центрирование усилия, вытягивающего слиток из кристаллизатора, также приводит к увеличению возможности образования трещин;

8. неравномерное поступление воды на поверхность слитка, которое может быть вызвано засорением отверстий, подающих воду на слиток, тоже увеличивает вероятность образования трещин в слитке.

Газовые раковины, пузыри и поры, как правило, не вызывают трещинообразования, но при обработке давлением образуют расслоения и плены, снижают плотность и пластичность полуфабрикатов и прочностные показатели.

Аналогичное влияние оказывают и усадочные раковины. Для образования внутри слитка газовых пузырей необходимо наличие в расплаве частичек твердых примесей, служащих центрами зарождения газовых пузырьков. В реальных расплавах эту роль выполняют главным образом окислы содержащихся там металлов и другие неметаллические включения, служащие готовой подкладкой для зарождения и роста газовых пузырей.

При длительном нагреве их перед прокаткой или прессованием такой дефект литья, как окалина проникает в глубь трещин, раковин. При прокатке или прессовании она так же, как частички поверхностного засора, может быть вдавлена на более или менее значительную глубину в здоровую массу слитка и стать причиной трудно удаляемых дефектов.

Обзор литейных дефектов, а также возможные способы из удаления даны в таблице 1 в соответствии с СТП 08-14-014, действующего на РЗ ОЦМ:

Таблица 1 - Основные литейные дефекты

Из выше перечисленных литейных дефектов для легированных латуней наиболее характерны:

ь газовая пористость;

ь поверхностные засоры;

ь внутренние засоры;

ь усадочные раковины (редко);

ь межкристаллитные трещины (ЛАМш, ЛМш);

ь кольцевые пережимы;

ь неслитины;

ь осевые трещины;

ь поперечные поверхностные трещины;

ь продольные борозды;

ь продольные поверхностные трещины.

Основные виды дефектов при горячей прокатке, а также меры предупреждения и устранения представлены в таблице 2:

Таблица 2 - Основные виды дефектов при горячей прокатке

При прессовании возможны следующие виды брака, представленные в таблице 3:

Таблица 3 - Основные виды брака при прессовании

На станах холодной прокатки возможно появление дефектов, представленных в таблице 4.

Таблица 4 - Основные виды брака при прокатке на станах холодной прокатки

В настоящее время на многих заводах цветной металлургии существует проблема получения качественной продукции при использовании низкокачественной шихты. Использование качественных шихтовых материалов оправдано с технологической точки зрения, но не оправдано с экономической, так как увеличение стоимости шихты будет повышать себестоимость продукции и как следствие может привести к снижению конкурентоспособности готовых изделий. Однако применение в качестве шихты лома и отходов собственного производства неизбежно ведет к загрязнению сплавов различными примесями, т.е. к снижению качества выпускаемой продукции, производству продукции несоответствующей запросам потребителей, что в свою очередь экономически нецелесообразно. Таким образом, одним из способов получения более качественной заготовки является применение качественных шихтовых материалов. Также необходима более тщательная отработка процесса литья для конкретных сплавов. легированный латунь прокатка

Для предотвращения появления дефектов при горячей обработке давлением необходимо контролировать температуру нагрева заготовки, скорость обработки, а также качество как прессового инструмента, так и инструмента при горячей прокатке.

Как видно, рассмотренные дефекты независимо от их происхождения вызывают ухудшение технического состояния элементов конструкции и могут привести к постепенному (износовому) или внезапному их отказу в. эксплуатации. Это существенно снижает срок службы готовых изделий.

Применение новых наиболее прогрессивных процессов получения цветных металлов и сплавов в металлургии, позволяющих существенно повысить качество металлов, совершенствование технологии изготовления деталей с целью исключения появления в них дефектов, строгое соблюдение правил эксплуатации -- реальные пути повышения качества и эксплуатационной надежности изделий металлургии и машиностроения. Однако это невозможно без широкого применения эффективных методов контроля качества металла и металлоизделий, особенно в тех случаях, когда требуется получить металлы и сплавы специального назначения с высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими 100%-ную гарантию надежной работы изготовленных из них дорогостоящих и уникальных объектов, машин и конструкций ответственного назначения. Разумеется такой контроль может быть осуществлен только неразрушающими методами контроля.

Основным этапом, предотвращающим попадание труб с недопустимыми дефектами потребителю, является выявление нарушения сплошности материала, которое на заводе ОЦМ проводят вихретоковым методом на дефектоскопе немецкой фирмы «Foerster». Вихретоковый метод обеспечивает выявление в трубах дефектов, которые дают идентичное или большее искажение электромагнитного поля, чем дефект, на который настроена чувствительность дефектоскопа. Дефектоскоп настраивается при помощи эталонного образца, на который нанесены искусственные дефекты в виде сверленных отверстий. Диаметр отверстий согласуется с потребителем на каждый типоразмер. Вихретоковый метод контроля продукции нечувствителен к несплошностям, расположенным у концов трубы (мертвая зона) вследствие обязательного наличия устройства, блокирующего сигналы от концов труб. Величина «мертвой зоны» для дефектоскопа «Foerster» составляет не менее 50 мм. При дефектоскопии несплошности типа царапин, расслоений или плен, которые располагаются непрерывно и равномерно по всей длине трубы, не всегда могут быть выявлены. Примером этого является дефектоскопия заведомо дефектных труб (с расслоениями). Дефектоскопия позволяет выявить следующие дефекты: кольцеватость, риски, глубокие раковины, крупные включения, плены, задиры.

Таким образом, качество заготовок и готовых изделий необходимо контролировать на всех этапах технологической обработки. Это можно осуществить используя ультразвуковые методы контроля, с помощью которых будет возможным выявление дефектов не только на поверхности, но и на глубине заготовки или готового изделия. Данные методы практически полностью исключат попадание дефектных труб потребителю и исключат претензии к заводу по качеству поставляемой продукции.

Размещено на Allbest.ru