Контроль отливок из серого чугуна

Контроль отливок из серого чугуна: Объекты, Область, Методы и Оборудование

Введение
Серый чугун, благодаря своим уникальным свойствам – хорошей обрабатываемости, демпфирующей способности, износостойкости и относительно низкой стоимости – остается одним из самых востребованных литейных материалов. Однако для гарантии надежности и долговечности готовых изделий критически важен строгий контроль качества на всех этапах производства. Контроль отливок из серого чугуна представляет собой комплекс мероприятий, направленных на выявление внешних и внутренних дефектов, а также на подтверждение соответствия механических, структурных и геометрических характеристик заданным требованиям.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля являются отливки из серого чугуна, произведенные методом литья в песчаные формы (холодно-твердеющие смеси, зеленый песок и т.д.) или в кокили. Сюда входят:

• Готовые отливки: Полностью остывшие, очищенные от литниковой системы, облоя и пригара, готовые к финальному контролю перед отгрузкой или механической обработке.
• Контрольные образцы: Специально отливаемые вместе с отливкой или отдельно образцы для механических испытаний (на растяжение, изгиб) и металлографических исследований.
• Технологические пробы: Образцы (например, клинья или диски), отливаемые для быстрой оценки структуры чугуна (степени графитизации, формы графита) и приблизительной твердости непосредственно в процессе плавки или заливки.
• Плавки/Партии: Контроль расплава перед разливкой (химический состав, температура) и группировка отливок для выборочного или сплошного контроля по партиям.
• Критические зоны отливок: Участки с наибольшими напряжениями, тонкими стенками, переходами сечений, под литниковыми системами, которые наиболее подвержены образованию дефектов (раковин, трещин, рыхлот).

2. Область испытаний

Контроль качества охватывает все этапы жизненного цикла отливки:

• Входящий контроль сырья: Проверка химического состава и качества металлолома, ферросплавов, литейных материалов (песка, связующих, противопригарных покрытий).
• Контроль плавки и подготовки расплава:
  • Химический состав расплава (C, Si, Mn, S, P, легирующие элементы).
  • Температура расплава перед заливкой.
  • Оценка модифицированности/инокулированности (при необходимости).
• Контроль литейной формы и оснастки: Геометрия стержней и форм, качество сборки формы, состояние противопригарного покрытия.
• Контроль процесса заливки: Температура заливки, скорость заливки, время заливки формы.
• Контроль процесса охлаждения и выбивки: Соблюдение режимов охлаждения (во избежание отбела или трещин), контроль времени выдержки перед выбивкой.
• Операционный контроль после выбивки и очистки:
  • Визуальный осмотр на наличие грубых дефектов (недоливы, заливы, трещины, коробление).
  • Исправление поверхностных дефектов (заварка, зачистка - где допустимо).
• Приемочный контроль готовой отливки:
  • Визуальный и измерительный контроль геометрии и размеров.
  • Контроль массы.
  • Контроль механических свойств (твердость, прочность при изгибе/растяжении).
  • Контроль структуры металла (форма и размер графита, структура металлической основы).
  • Контроль внутренних дефектов (раковины, пористость, трещины, включения).
  • Контроль качества обрабатываемых поверхностей (при необходимости).
  • Гидравлические или пневматические испытания (для корпусных деталей).

3. Методы испытаний

Для всестороннего контроля применяется широкий спектр методов:

• Визуальный контроль (ВК): Осмотр поверхности отливки невооруженным глазом или с использованием луп для выявления поверхностных дефектов (раковины, трещины, заливы, недоливы, пригар).
• Измерительный контроль: Использование ручного мерительного инструмента (штангенциркули, микрометры, калибры, шаблоны) и координатно-измерительных машин (КИМ) для проверки геометрических размеров, допусков формы и расположения поверхностей.
• Контроль твердости: Определение твердости по Бринеллю (HB) или Роквеллу (HRB) на поверхности отливки или на специальных образцах для оценки прочностных характеристик и однородности структуры. Основной метод оценки качества серого чугуна.
• Механические испытания:
  • Испытание на растяжение: Проводится на стандартных образцах, вырезанных из отливки или отлитых вместе с ней (контрольные образцы), для определения предела прочности (временного сопротивления) σв. Для серого чугуна применяется реже, чем для стали, из-за его хрупкости.
  • Испытание на изгиб: Более распространенный метод для серого чугуна. Определяется предел прочности при изгибе σизг и величина прогиба до разрушения на образцах-балочках.
• Металлографический анализ: Приготовление микрошлифов из контрольных образцов или отливок и исследование структуры под оптическим микроскопом. Оценивается:
  • Форма графита (пластинчатая - тип А, розеточная - тип В, игольчатая - тип Е и т.д. по ГОСТ 3443 или ISO 945).
  • Размер графитовых включений.
  • Структура металлической основы (феррит, перлит, фосфидная эвтектика).
  • Наличие отбела (карбидов).
• Неразрушающий контроль (НК):
  • Магнитопорошковый контроль (МПК, МД-контроль): Обнаружение поверхностных и неглубоких подповерхностных дефектов (трещины, волосовины).
  • Капиллярный контроль (ПВК, Цветная дефектоскопия): Выявление тонких поверхностных дефектов (трещины, поры).
  • Ультразвуковой контроль (УЗК): Обнаружение внутренних дефектов (раковины, шлаковые включения, крупные трещины), измерение толщины стенок. Требует калибровки и опыта оператора.
  • Рентгеновский контроль (РК): Наиболее информативный метод для выявления внутренних дефектов (газовые и усадочные раковины, рыхлоты, трещины, включения). Позволяет получить изображение внутренней структуры. Требует строгого соблюдения норм радиационной безопасности.
• Контроль химического состава: Спектральный анализ (оптико-эмиссионный или рентгено-флуоресцентный) образцов расплава или готовых отливок для определения содержания основных элементов (C, Si, Mn, S, P) и легирующих добавок.

4. Испытательное оборудование

Для реализации перечисленных методов контроля используется специализированное оборудование:

• Для визуального контроля: Лупы, лампы-переносные прожекторы, эндоскопы (для труднодоступных полостей).
• Для измерительного контроля: Штангенциркули, микрометры, нутромеры, высотомеры, угломеры, калибры (проходные/непроходные плитки, скобы, кольца), шаблоны, стационарные и портативные координатно-измерительные машины (КИМ).
• Для контроля твердости: Твердомеры по Бринеллю (стационарные и переносные с шариковым индентором), твердомеры по Роквеллу (с шариковым индентором для шкалы HRB).
• Для механических испытаний: Универсальные разрывные машины, оснащенные узлами для растяжения и изгиба образцов.
• Для металлографического анализа:
  • Оборудование для подготовки шлифов (отрезные и шлифовальные станки, полировальные станки).
  • Металлографические микроскопы (световые, инвертированные).
  • Оборудование для травления шлифов.
• Для неразрушающего контроля:
  • МПК: Установки или переносные приборы для намагничивания (электромагнитные или на постоянных магнитах), наборы магнитных суспензий или порошков, УФ-лампы (для люминесцентных методов).
  • ПВК: Наборы пенетрантов (проникающих жидкостей), очистителей, проявителей.
  • УЗК: Ультразвуковые дефектоскопы (аналоговые или цифровые), наборы преобразователей (пьезоэлектрических щупов) с разными углами ввода и частотами, калибровочные образцы.
  • РК: Рентгеновские установки (стационарные или мобильные), кассеты с пленкой или цифровые детекторы, дозиметрическое оборудование, средства радиационной защиты.
• Для химического анализа: Оптико-эмиссионные спектрометры (стационарные или портативные), рентгено-флуоресцентные спектрометры.

Заключение
Эффективный контроль отливок из серого чугуна – это комплексный и многоэтапный процесс, требующий четкого понимания технологии литья, возможных дефектов и строгого применения соответствующих методов и оборудования. Грамотный выбор методов контроля, основанный на требованиях технической документации и критичности детали, позволяет своевременно выявить несоответствия, минимизировать брак и гарантировать надежную работу чугунных деталей в эксплуатации. Постоянное совершенствование методов НК и автоматизация измерений способствуют повышению объективности и эффективности контроля в современном литейном производстве.