Контроль профилей из свинцовистой латуни литья из вторичного сырья

Контроль профилей из свинцовистой латуни литья из вторичного сырья

Введение
Использование вторичного сырья при производстве литых изделий из свинцовистой латуни является экономически и экологически оправданным подходом. Однако специфика переработанного материала — потенциальная неоднородность химического состава, повышенное содержание примесей и возможные загрязнения — предъявляет повышенные требования к системе контроля качества готовой продукции. Особенно это критично для монолитных или полых профилей, используемых в ответственных узлах, где ключевыми являются механическая прочность, герметичность, обрабатываемость резанием и стабильность свойств. Настоящая статья рассматривает основные аспекты контроля таких литых профилей.

1. Объекты испытаний
Основными объектами исследований и контроля являются:

1. Отливки профилей: Монолитные стержни, трубы, фасонные профили сложного сечения, полученные методом литья (чаще всего литьем под давлением или в песчаные формы) из свинцовистой латуни марки ЛС59-1 (или аналогов, содержащих ~57-60% Cu, 0.8-2.0% Pb, остальное - Zn), где исходным материалом послужил лом и стружка латуни.
2. Контрольные образцы: Специально отлитые вместе с основной партией профилей образцы (технологические пробы) для механических испытаний, химического анализа и металлографических исследований.
3. Производственные пробы: Пробы, отобранные непосредственно из расплава перед заливкой или из готовых профилей для оперативного контроля.

2. Область испытаний
Контроль охватывает проверку следующих ключевых характеристик профилей:

1. Химический состав: Точное содержание меди (Cu), цинка (Zn), свинца (Pb) и критических примесей (железо Fe, олово Sn, никель Ni, алюминий Al, марганец Mn, кремний Si, сера S, фосфор P и др.). Особое внимание — к нормируемым вредным примесям (например, по RoHS) и элементам, ухудшающим технологические свойства (Bi, Sb).
2. Механические свойства:
   • Предел прочности при растяжении (σв).
   • Относительное удлинение при разрыве (δ).
   • Твердость (чаще по Бринеллю HB или Роквеллу HRB).
3. Макро- и микроструктура: Оценка качества литой структуры: размер зерна, равномерность распределения свинцовых включений, наличие и характер ликвации, отсутствие грубых неметаллических включений, пор (газовых, усадочных), трещин, раковин, спаев.
4. Качество поверхности: Наличие поверхностных дефектов: заливов, недоливов, трещин, раковин, коробления, пригара.
5. Плотность (герметичность): Для профилей, работающих под давлением или требующих герметичности (например, корпуса арматуры).
6. Обрабатываемость резанием: Оценка способности материала к легкому и чистому резанию, образованию короткой стружки (ключевое преимущество свинцовистых латуней).

3. Методы испытаний
Для оценки характеристик объекта применяются стандартизированные методы:

1. Химический анализ:
   • Оптико-эмиссионная спектрометрия (OES): Основной метод для быстрого и точного определения широкого спектра элементов как в расплаве, так и в готовых профилях.
   • Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF): Применяется для экспресс-анализа готовых профилей без разрушения, особенно для покрытых изделий или контроля поверхности.
   • Химический (титриметрический, фотометрический) анализ: Используется как эталонный метод или для точного определения отдельных элементов (например, свинца).
2. Механические испытания:
   • Растяжение: Проводится на универсальных испытательных машинах на образцах, вырезанных из профилей или (чаще) на специально отлитых стандартных образцах.
   • Измерение твердости: Методы Бринелля (HB) или Роквелла (HRB) с использованием соответствующих твердомеров непосредственно на профиле или образце.
3. Металлографические исследования:
   • Макроструктурный анализ: Травление специальными реактивами и визуальная оценка структуры на продольных и поперечных разрезах профиля для выявления грубых дефектов и ликвации.
   • Микроструктурный анализ: Исследование под оптическим микроскопом шлифов, подготовленных из образцов профиля. Оценка формы, размера и распределения фаз (α-фаза, β'-фаза), свинцовых включений, неметаллических частиц, типа ликвации, размера зерна.
4. Контроль поверхности: Визуальный осмотр (невооруженным глазом или с лупой) на соответствие чертежам и эталонам. Для сложных профилей может применяться капиллярный (пенетрантный) контроль для выявления поверхностных трещин.
5. Испытания на герметичность (плотность):
   • Гидравлические/пневматические испытания под давлением.
   • Визуальный контроль после испытаний на течь.
   • Испытание погружением под вакуумом.
6. Оценка обрабатываемости резанием: Проводится на токарных или фрезерных станках с использованием стандартных режимов резания и инструмента. Оценивается усилие резания, качество обработанной поверхности, стойкость инструмента, форма и ломкость стружки.

4. Испытательное оборудование
Для реализации вышеуказанных методов используется следующее оборудование:

1. Для химического анализа:
   • Стационарные или мобильные оптико-эмиссионные спектрометры (OES).
   • Рентгенофлуоресцентные спектрометры (XRF) (стационарные или портативные).
   • Лабораторное оборудование для химического анализа: аналитические весы, муфельные печи, спектрофотометры, титраторы.
2. Для механических испытаний:
   • Универсальные испытательные машины (разрывные) с силоизмерителями и датчиками перемещения.
   • Твердомеры Бринелля (со сферическим индентором и оптической системой измерения) и Роквелла (со стальным шариковым или алмазным конусным индентором).
3. Для металлографии:
   • Режущие и шлифовально-полировальные станки для подготовки образцов (шлифов).
   • Оптические микроскопы (светлые поля, темные поля, возможно дифференциальный интерференционный контраст - DIC) с цифровыми камерами и ПО для анализа изображений.
   • Оборудование для травления образцов (ванны, реактивы).
4. Для контроля поверхности:
   • Капиллярные дефектоскопы (пенетранты, проявители, очистители).
   • Лупы и стереомикроскопы.
   • Профилографы/профилометры (для измерения шероховатости после механической обработки).
5. Для испытаний на герметичность:
   • Гидравлические насосы высокого давления с манометрами.
   • Пневматические стенды с ресиверами и манометрами.
   • Вакуумные камеры для проведения вакуумных испытаний погружением.
6. Для оценки обрабатываемости:
   • Токарные и/или фрезерные станки со стандартным режущим инструментом (резцы, фрезы).
   • Динамометры для измерения сил резания.
   • Профилографы для оценки шероховатости.
   • Весы для взвешивания инструмента до и после испытаний на износ.

Заключение
Эффективный контроль качества литых профилей из свинцовистой латуни на основе вторичного сырья требует комплексного подхода, учитывающего специфику переработанного материала. Стандартная программа испытаний должна обязательно включать строгий контроль химического состава для выявления примесей, подробный металлографический анализ для оценки микроструктуры и распределения свинца, проверку механических свойств на соответствие требованиям, а также оценку герметичности и обрабатываемости. Применение современного спектрального, металлографического, механического и технологического оборудования позволяет своевременно выявлять отклонения и гарантировать стабильность качества и эксплуатационных характеристик конечной продукции. Особое внимание должно уделяться отбору проб и представительности образцов для испытаний, учитывая возможную неоднородность вторичного сырья.