Дефекты металла: виды, причины

Дефекты металла могут быть серьезными, и тогда всю партию отправляют на переработку, а могут оказаться незначительными. В последнем случае сырье идет по своему назначению и нет опасений, что долговечность изделий окажется недостаточной. Кроме этого, различают больше сотни видов дефектов, они классифицируются в зависимости от типа обработки.

Особого внимания заслуживают литейные изъяны. После отлива сразу видны дефекты. Это могут быть пузыри или песчинки, попавшие во время процесса или образовавшиеся в результате взаимодействия элементов. Но если тут нет вины человека, то в случае с прокатом или сваркой вся изъяны лежат на совести рабочего.

Классификация дефектов металла

Все дефекты, которые возникают на металлических деталях, разделяют на три вида: критические, значительные, малозначительные. Для этого устанавливают размеры повреждения, место его расположения, характер дефекта, назначение детали, условия эксплуатации. Любое выявленное на изделии отклонение от нормы, прописанной в технической документации ГОСТ 17102, является дефектом металла.

googleusercontent.com

Поиском недостатков занимается нормоконтроль дефектов металлов (НК). В существующих документах не содержится точных определений, что является дефектом, к ним относятся все виды нарушения сплошной поверхности. При этом классифицируют дефектны на допустимые нормативно-техническими документами (НТД) и недопустимые. Среди допустимых выделяют фиксируемые или регистрируемые (согласно НТД) и нефиксируемые.

Существуют следующие виды дефектов металла: явные, скрытые, критические, значительные и малозначительные, исправимые и неисправимые нарушения. Обнаружить явные повреждения можно визуально, осмотрев поверхность. Найти скрытые дефекты внутри детали и на поверхности поможет специальное оборудование. Дефект является критическим для изделия, если он делает невозможным дальнейшее использование детали и не подлежит устранению.

Поверхностные и подповерхностные дефекты можно обнаружить с помощью дефектоскопии, которая проводится несколькими методами: визуальными, капиллярными, магнитными, электромагнитными. Также применяют способ отражения и прохождения сигналов – эхо- и амплитудно-теневой методы.

Скрытые внутренние дефекты металла обнаруживают с помощью радиационного и ультразвукового излучения. Нарушения плоскостного типа (трещины, заливы) позволяет эффективно выявлять радиационный контроль, если излучение проходит вдоль плоскости дефекта, и ультразвуковой метод, когда излучение направлено перпендикулярно плоскости дефекта.

Значительным дефектом является нарушение, которое сильно влияет на применение детали и ее износостойкость, но оно не критичное. Малозначительным дефектом называется недостаток, не влияющий на эксплуатацию детали и ее срок службы.

Есть несколько путей возникновения дефектов на металле, в связи с чем существует классификация причин нарушений: производственно-технические, металлургические (сопутствующие отливке и прокатке), технологические (вследствие сварки, наплавки, механической и термической обработки, калибровки и др.), эксплуатационные (после срока использования изделия, его усталости и износа, воздействия внешних неблагоприятных факторов, неправильного обращения и технического обслуживания).

Не всегда изделия с недостатками подлежат утилизации или ремонту. Дефекты маленького размера допускаются в производстве металлических деталей и не требуют исправления (поры, шлаки, расслоения и прочее). Важное значение имеют условия дальнейшей эксплуатации изделий.

Литейные дефекты

• Усадочные раковины – открытые или закрытые полости разного размера и формы с шершавой поверхностью, присутствующие в металле после отливки. Причиной недостатка является неравномерное распределение сплава в процессе отливки и затвердевания. Могут появляться в верхних слоях металла и образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и коркой отливки.

ntcexpert.ru

• Рыхлота – совокупность маленьких усадочных раковин в массе металла, которые часто встречаются над усадочной раковиной. Это разновидность дефектов отливок металла.
• Пористость – большое количество газовых или усадочных раковин, которая бывает при отливе крупных объемов металла. Пористость также сопутствует усадочной раковине, полуусадочной рыхлоте.
• Ликвационные зоны – неравномерное распределение химических компонентов в массе отливки. Недостаток возникает вследствие разности в температуре кристаллизации чистой руды и примесей. Бывает дендритная и зональная ликвация. Первая возникает в верхних слоях сплава, вторая – в местах слитка, которые твердеют позже других частей.
• Подусадочная ликвация. Это вид зональной ликвации. Она возникает под усадочной раковиной в месте скопления углерода и других примесей (кислорода, серы, фосфора и т. д.). Обнаружить дефект можно в результате травления макрошлифа выполненной отливки. Он проявляется в виде темных пятен или полосок. В этом месте находят скопление сульфидов и оксидов.
• Газовая ликвация. Часто возникает при отливе кипящей стали. Недостаток выглядит как места неоднородности со стреловидными ликвациями, каналами в зоне наружной корочки и сегрегационных пятен у внутренних концов сотовых пузырей. В местах скопления газовых пузырьков присутствуют неметаллические включения – сульфиды и оксисульфиды.
• Точено-пятнистая неоднородность часто образуется в высоколегированных жаропрочных сплавах. Она представлена в виде отдельных участков, обогащенных ликвирующими примесями.
• Ликвационный квадрат. Этот недостаток формируется в поперечных макрошлифтах и выглядит как неоднородная структура из различно травящихся зон, форма которых аналогична форме металлического слитка.
• Газовые пузыри или раковины. В кристаллизованном металле деформация выглядит как полости (овальные, круглые, продолговатые) с гладкой структурой, часто окисленные. Пузыри в металле могут находиться внутри либо под коркой слитка. Причиной дефекта является выделение газов в период кристаллизации сплава из-за того, что они не успевают раствориться, пока металл был жидким.
• Песчаная раковина – участок в массе отлива, частично или полностью занятый формовочным материалом.
• Шлаковая раковина – участок, в котором находится шлак.
• Вскип, вскиповая раковина – оксидные наросты или раковины, причиной появления которых является кипение металла. Выделяют вскипы в области формы, стержня, холодильника.
• Поверхностное окисление (загар, горение) образуется в магниевых сплавах и представляет собой окисные плены черного или серого цвета, скопление раковин с черным или серым порошком, наросты черного цвета.
• Завороты корки. Этот дефект поверхности металла выглядит как свернувшиеся корочки металла, окисленные наслоения и брызги. При анализе деформации видны разрывы или местное отслоение, произошедшее после раскатки завернувшихся корок и брызг. Во время воздействия высокой температуры недостатки вытягиваются вдоль направления дефекта.
• Металлические включения – отдельные частицы или тела в основной массе сплава. Недостаток возникает, если остаются нерасплавленные легирующие элементы, модификаторы, внутренний холодильник и прочее. Если постороннее включение из такого же металла, то оно называется корочкой. Обычно включение находится посреди металла.
• Утяжина – углубление с покатыми краями на основной массе сплава, получившееся после усадки и затвердевания горячего металла. Под данным недостатком всегда обнаруживаются другие виды дефектов.
• Плены – пленки сверху или в теле сплава, представляющие собой окисленные участки с небольшим содержанием формовочного материала. Дефекты часто обнаруживаются в высоколегированных сталях. Причиной появления изъянов является химическая реакция компонентов жидкого металла с внешней средой, материалом формы. При заливке сплава образуются окислы хрома, алюминия, титана, нитридов, которые не растворяются в жидком металле, а оседают на поверхности отлива в виде плотной пленки. Если разрушить эту пелену, ее частицы распространятся по всей форме для металла.

markmet.ru

• Ужимины – протянутые и узкие вмятины в массе металла, наслоения, места с формовочной смесью (от песчаной формы), прослойки краски (литье в кокиль).
• Спаи представляют собой отверстия сквозного или поверхностного характера с заваленными краями по всей массе металла, получившиеся после раннего затвердевания жидкого сплава. Эти дефекты литья металла появляются в процессе непостоянной заливки и неравномерного распределения металла в форме, из-за чего создаются окисные плены, мешающие смешиваться сплаву и сливаться с уже отлитой массой.
• Оксидный спай – дефект, представляющий собой отдельные участки неслившихся потоков металла, которые разделяет пленка. Недостаток часто формируется в тонких сечениях отлива.
• Пригар – частичные утолщения из формовочного или стержневого материала, смешанные со сплавом, находящиеся в местах с наиболее разогретыми частями формы.
• Литейные подрезы – недостатки при отливе металла, представляющие собой углубления в местах скопления конструктивных напряжений.
• Коробление – деформация формы и конструкции отлива. Становится явным только после затвердевания, выбивки и заварки.
• Отклонение микроструктуры. Недостаток проявляется отклонением от установленного стандарта внешнего вида, количества и величины структурных частиц.

Неметаллические включения в металлах

Неметаллические включения появляются по разным причинам.

1. В металл извне попадают различные частицы, не относящиеся к сплаву. Например, компоненты шлака, огнеупора, графита, песка и прочее контактируют с массой отлива и образуют шлаковые или песчаные включения, формирующиеся в поверхностных слоях металла или сверху.

ok-t.ru

2. В процессе заливки происходят различные химические реакции между частицами сплава, результатом которых становятся компоненты окислов, сульфидов, силикатов, нитридов. В теле отлива они находятся в виде цепи или сетки. Включения бывают разных форм – округлые, вытянутые. Такие недостатки снижают пластичность стали.

Корочками называются места в металле, представляющие собой загрязнения из неметаллических добавок. Они могут быть в основной массе сплава или у поверхности, темного или светлого цвета. Темная корочка – дефект в виде участка различной формы, выделяющийся плохой полируемостью и повышенной травимостью, так как в нем множественные неметаллические частицы и примеси серы, фосфора. Светлая корочка – недостаток, расположенный в нижней части отлива, представляет собой светлые полоски с неметаллическими включениями.

Дефекты металла в виде трещин

Межкристаллические трещины – дефекты сварных соединений металла, нарушение сплошности металла, появляющиеся по границам кристаллов из-за их низкой прочности. Прочность отдельных участков металла понижается, потому что в нем попадаются прослойки неметаллической фазы и ликватов.

dpocourse.ru

Горячие трещины – это основные дефекты в металле шва, представляющие разрывы на верхней части детали, протянувшиеся по границам кристаллов, с неровной окисленной поверхностью с едва различимыми дендритами. Также причиной появления дефекта является неравномерная усадка в формах после отлива. Особенности изъяна – рваные края и большая ширина образований.

Холодные трещины – тоненькие разрывы структуры металла, представляющие собой чистую светлую зернистую поверхность. Причиной их появления служат внутренние напряжения в сплаве, а также механические воздействия при температурах ниже порога свечения отлива. Особенность горячих трещин в том, что разлом происходит по зернам, а не по кристаллам. Дефект возникает в острых углах и других сложных напряженных местах.

Термические трещины – явно различимые невооруженным глазом нарушения целостности поверхности сплава при отливе. Края термической трещины и внутренности мелкозернистой структуры, окисленные, с цветами побежалости. Трещины становятся видны после обжига. Они возникают из-за растягивающих напряжений при высокой температуре, действующих совместно с остаточными напряжениями.

Пластические дефекты металла

Во время проверки на дефекты заготовок часто выявляют инородные включения неметаллической и металлической природы, имеющие разные формы и размеры.

1. Надрыв – поверхностный дефект металла, похожий на разрыв, но не сквозной, проходит поперек или под углом к линии обработки заготовки. Причиной появления дефектов являются скрытые несплошности сплава, нарушение технологии обработки металла.

popgun.ru

2. Сквозной разрыв является дефектом нарушения сплошности металла, который проходит заготовку насквозь. Причиной недостатка становятся разломы плоской заготовки, если у нее неравномерная толщина. Такой дефект металла, как разрыв, появляется из-за вкатанных инородных включений.
3. Накол представляет собой точечное углубление. Может быть в количестве одного дефекта или нескольких. Недостаток появится, если при охлаждении металла используют загрязненные смазочно-охлаждающие жидкости и на сплав воздействуют мелкие частицы инородных компонентов смеси. Также наколы могут возникать от выступов и прилипших частиц на валках.
4. Вмятины – единичные или множественные углубления на поверхности металла разных форм и размеров с пологими краями. Это механические дефекты металла, они образуются во время транспортировки, обработки, хранения.
5. Забоина выглядит как углубление нечеткой формы. Края изъяна являются острыми, потому что деформация происходит от удара по металлу.
6. Отпечаток – повторяющиеся одинаковые углубления, выступы, которые распространены по всей поверхности заготовки или на отдельных частях. Причиной возникновения отпечатков является давление на прокатных и правильных валках.
7. Задир – дефекты при резке металла, имеющие широкое углубление с дном и краями неправильной формы. Дефекты возникают при резке металла, а также при сильном трении об оборудование для обработки металла.
8. Риска – длинное и узкое заглубление на металле, дно которого либо закругленное, либо плоское. Возникает в результате царапания поверхности металла острыми частями оборудования.
9. Царапина выглядит как углубление нечеткой формы произвольного направления. Дефект образуется при механическом воздействии острых предметов во время обработки, транспортировки, хранения.
10. Потертость – отсутствие блеска на каком-либо участке металлической поверхности и большое количество маленьких царапин в одном месте. Причиной появления недостатка является трение заготовок между собой или с другими предметам.
11. Налип образуется из-за прилипания к стальной заготовке компонентов или слоев металла с инструмента.
12. Закат формируется, когда металлические частицы, заусенцы, выступы вдавливают в заготовку. Появляется при некачественной обработке металла.
13. Пережог выглядит как пятна темного цвета, возникающие при оплавке или окислении. Причиной дефектов нагрева металла является несоблюдение температурного режима и времени закалки металла.
14. Расслоение проявляется отделением слоев сплава на торцах металлической заготовки. Дефект возникает, если при отливе были допущены ошибки и металл в массе имеет рыхлости, инородные включения, разрывы, пережоги.
15. Чешуйчатость – пластические дефекты, которые появляются при пережоге или отсутствии пластичности стали по периферийной зоне. Внешне они представляют собой чешуйки или сетку.

dreamstime.com

• Рябизна – совокупность мелких углублений, которые образуются во время прокатки или плавки металла.
• Смятая поверхность – недостаток, проявляющийся в виде складок, изгибов, волн на поверхности металла. При этом разрывов сплава нет.
• Излом выглядит как полоса, направленная поперек проката металла или под углом к нему. Недостаток может появиться из-за дефектов обработки металлов, в местах сгиба, когда металл сматывают, разматывают, перекладывают тонкие листы.
• Недотрав – это пятна, полоски, которые образовались на стальной детали при неравномерном травлении.
• Перетрав представляет собой повсеместное или частичное разъедание верхнего слоя металла, выглядит как углубления в виде точек или произвольных фигур. Причиной недостатка является нарушение технологии травления металла.
• Пятна загрязнения – это полосы, подтеки, разводы, появляющиеся на металлической детали при попадании на нее технологической эмульсии, грязного масла, мазута и прочего.
• Коррозионные пятна – типы дефектов металла, которые возникают из-за воздействия неблагоприятных факторов и выглядят как светлые или темные пятна с шероховатой поверхностью.
• Цвета побежалости – окисленные места на металле в виде пятен и полос разной формы и цвета. Поверхность этих участков всегда гладкая. Они возникают при нарушении технологии обжига и травления металла.
• Кольцеватость – недостаток, присущий только круглым стальным заготовкам. Дефект характеризуют однообразные повторяющиеся круглые выступы и углубления. Кольцеватость появляется из-за нарушения пластичности при плавке заготовки.
• Следы плавки чем-то похожи на кольцеватость, но отличаются формой. Это светлые и темные полоски, принимающие разные направления – продольные, поперечные, витиеватые. Причиной является плавка металла.
• Омеднение – внешнее покраснение некоторых частей металлической детали. Причиной появления недостатка является выделение меди при технологических ошибках во время обжига и травления металла.
• Серповидность полос и лент – несоответствие формы металлической детали проверочной линейке. При контроле производят замер и устанавливают параметры допусков в миллиметрах на метр длины заготовки.
• Овальность – несоответствие поперечного сечения детали форме круга. Дефект рассчитывают по формуле c — d/m × 100 и выражают в процентах. При этом с – максимальный, d – минимальный и m – средний диаметр сечения.

chipmaker.ru

• Разностенность – несоответствие толщины стенки трубы стандартным параметрам, выявляемое по длине изделия или его площади.
• Разнотолщинность – несоответствие толщины плоской детали или трубы требуемым параметрам, выявляемое по площади или по длине.
• Фестонистость выглядит как появление выступов на краях металлических изделий при глубокой штамповке листов и лент. Выступы направлены в ту же сторону, что и оси прокатки.

Качество металлических изделий можно значительно увеличить за счет устранения крупных недостатков, например трещин, раковин. Снижение количества дефектов металла также влияет на показатели производства. Некоторые недостатки не требуют исправлений, если от них не страдает дальнейшее использование конструкций.