Fascicul 8
-
Upload
ciprian-ion-maria -
Category
Documents
-
view
246 -
download
0
Transcript of Fascicul 8
-
7/25/2019 Fascicul 8
1/12
DEFECTELE PIESELOR TURNATE
Generaliti
n procesul de turnare a metalelor i aliajelor care influeneaz procesul, piesele pot rezultacu defecte datorit fie unor proprieti specifice materialului turnat, fie nerespectrii tehnologiei de
turnare, fie unor cauze accidentale.
Defectele pieselor turnate sunt standardizate (STAS 782-64).Prin acest standard s-au stabilit:
- denumirea defectelor, grupa i categoria din care ele fac parte
- simbolizarea lor
- descrierea n vederea identificrii.
Principalele defecte ale pieselor turnate pot fi ncadrate n urmtoarele grupe: forme,dimensiuni i mase necorespunztoare, defecte de suprafa, crpturi, goluri, incluziuni metalice
sau nemeta1ice, defecte de structur, defecte privind compoziia chimic sau caracteristicile
mecanice i fizice.
Cunoaterea cauzelor care pot duce la apariia defectelor asigur prentmpinarea acestora
prin adoptarea unor msuri cu caracter tehnologic, constructiv etc.
n cele ce urmeaz se vor descrie cteva din cauzele apariiei unor defecte foarte rspndite
precum i msurile de prevedere corespunztoare.
Defecte cauzate de fenomenul de contracie
n decursul rcirii metalelor i aliajelor acestea sufer fenomenul de contracie. Acest
fenomen se manifest att in stare lichid ct i n stare solid a metalelor. n general contracia
total CT a unui metal sau aliaj aflat n stare lichid i supus rcirii pn la atingerea temperaturii
mediului ambiant, se compune din:
FC++= SLSLT CCCC
n care: CL este contracia n stare lichid n decursul scderii temperaturii de la temperatura
de turnare T, la temperatura de topire Ttop
CLS - contracia la trecerea din stare lichid n stare solid
CS - contracia n stare solid la scderea temperaturii de la temperatura de topire
Ttop, la temperatura mediului ambiant, T0
CF - contracia i dilatarea rezultat n decursul transformrilor de faz produse n
stare solid.
-
7/25/2019 Fascicul 8
2/12
Dintre termenii din membrul 2 al relaiei, o valoare nsemnat o are CLS. Principalele efecte
rezultnd din existena fenomenului de contracie i care pot provoca apariia defectelor sunt:
formarea retasurilor i microretasurilor, apariia tensiuni1or interne, apariia crpturilor, apariia
deformaiilor.
Formarea retasurilor i a microretasurilor
Retasura sau golul de contracie se produce ca urmare a contraciei metalului sau aliajului la
trecerea din stare lichid n starea solid. Dac ntr-un vas tronconic cu baza mare sus se supune
rcirii o cantitate oarecare de metal lichid, n urma procesului de solidificare, ca urmare a faptului
c volumul solidului rezultat este mai mic dect cel al lichidului din care a provenit, se formeaz n
partea de sus un gol de contracie denumit retasur (fig. 1). Volumul retasurii este cu att mai marecu ct coeficientul de contracie, al metalului respectiv este mai mare. O astfel de solidificare, avnd
ca rezultat formarea unei retasuri n partea superioar a piesei turnate se numete solidificare
dirijat. Dac se consider solidificarea unei cantiti de lichid ntr-un vas cilindric (fig. 1,b), din
aceleai motive, solidificarea va avea ca rezultat formarea unei retasuri n partea central a piesei cu
o porozitate axial, rezultat din solidificarea ultimelor cantiti de lichid. O astfel de solidificare cu
formarea unei retasuri concentrate i a unei poroziti axiale se numete solidificare simultan.
Solidificarea lichidului ntr-un vas de form tronconic cu baza mare jos duce la formarea a
dou retasuri(fig. 1,c) una principal n partea superioar i alta secundar n partea central a
piesei.
Formarea retasurilor n timpul solidificrii dirijate este de dorit deoarece ele pot fi
transferate n afara corpului piesei.
Fig. 1. Formarea golurilor de contracie:
1 - retasur 2 - porozitate axial 3 - retasur secundar
-
7/25/2019 Fascicul 8
3/12
Fig. 2. Noduri termice n piesele turnate
Golurile de contracie apar n acele piese - prezint fie grosime uniform a pereilor, fie
grosimi variabile care mpiedic solidificarea dirijat. De exemplu poriunea de pies reprezentat
n fig. 2,a, datorit neuniformitii grosimii pereilor se va solidifica cu goluri interioare deoarece
exist zone, n care se gsesc acumulri de lichid L ce se vor solidifica mai trziu dect restul piesei,
formnd golurile de contracie R.
Fig. 3. Formarea microretasurilor:
L - lichid R - gol de contracie
Aglomerrile de metal nscrise n cercuri ce nu pot fi rostogolite n sus prin pereii piesei
pn la partea superioar, se numesc noduri termice. De altfel, metoda cercurilor nscrise n
diferitele poriuni ale pereilor piesei se folosesc pe scar larg la identificarea nodurilor termice
(fig. 2, b). n faa retasurilor concentrate la partea superioar sau n nodurile termice i a
porozitilor axiale, golul de solidificare poate apare i sub form de microretasuri sau
microporoziti ca urmare a mpiedicrii ptrunderii metalului lichid ntre dendritele orientate
arbitrar (fig. 3). Aceste defecte produc o micorare nsemnat a proprietilor mecanice i o pierdere
a etaneitii. Microretasurilor apar n special la so1idificarea aliajelor cu interval mare de
so1idificare. Metalele pure i aliajele eutectice produc numai retasur concentrat.
-
7/25/2019 Fascicul 8
4/12
n general retasurile se produc la toate aliajele de turntorie. n cazul fontelor cu grafit
lamelar, contracia la solidificare este parial sau total compensat de creterea volumului fontei de
grafitizare. Ca urmare, tendina de formare a retasurilor concentrate sau microretasurilor este mic.
Prevenirea formrii defectelor datorate golurilor de contracie
Mijloacele de prevenire a formrii defectelor cauzate de golurile de contracie se mpart n
msuri tehnologice i msuri constructive.
Msurile tehnologice constau din utilizarea maselotelor i a acceleratorilor de rcire.
- Maselotele sunt rezerve de metal lichid dispuse sub forma unor prelungiri ale piesei, n scopul
transferrii retasurii din corpul piesei n afara ei. Modul de acionare a maselotei este artat n
fig. 4, a. Fr existena maselotei piesa ar fi prezentat dup solidificare retasura 1. Prin solidificareacu maselot, retasura este transferat n maselot ocupnd poziia 2.
Fig. 4. Maselote
Dup dezbaterea piesei din form, maselota se nltur printr-un procedeu oarecare (tiere
mecanic, termic etc.)
Maselotele amplasate deasupra piesei i care sunt cele mai folosite, se numesc maselote
directe. n practic se utilizeaz ns i maselote aflate n interiorul formelor n dreptul unor noduri
termice.
Pentru ca o maselot s-i ndeplineasc rolul, trebuie s se asigure o solidificare dirijat a
peretelui piesei spre maselot. Pentru aceasta pereii pieselor se ngroa artificial prevzndu-se
adaosuri cu caracter tehnologic(fig. 4, b).
Zona de aciune a unei maselote se ntinde numai pe o anumit distan rezult c pentru o
pies de o anumit configuraie se prevd, de la caz la caz, una sau mai multe maselote. De
exemplu, pentru piesa inelar din fig. 4, c s-au prevzut patru maselote (M).
-
7/25/2019 Fascicul 8
5/12
- Acceleratorii de rcire denumii i rcitori sunt corpuri metalice care servesc la accelerarea
rcirii i solidificrii nodului termic, naintea de solidificarea poriunilor nvecinate. Rcitorii sunt
singurele mijloace care fac posibil prevenirea formrii retasurilor n nodurile termice de la
jonciunea a doi perei i la colurile interioare ale pieselor. n practic se folosesc dou tipuri de
rcitori : interiori i exteriori.- Rcitorii interiorisunt corpuri metalice de aceeai compoziie ca i metalul care se toarn i se
introduc n nodul termic pentru a provoca prin absorbie de cldur solidificarea nodului,
concomitent sau naintea pereilor subiri nvecinai (fig. 5). Rcitori interiori trebuie s fie resorbii
n masa aliajului care se toarn, topindu-se sau sudndu-se de acesta. Ei au diferite forme ca de
exemplu : spirale de srm, cuie, bare etc.
Fig. 5. Rcitori interiori
-Rcitorii exteriorisunt plci metalice de font sau oel care se ncorporeaz n peretele formei n
dreptul nodurilor termice (fig. 6). Rcitorii exteriori se pot folosi i n scopul accelerrii solidificrii
unei anumite pri a piesei pentru asigurarea solidificrii unei anumite pri a piesei pentru
asigurarea solidificrii dirijate pentru a mri zona de aciune a unei maselote.
Fig. 6. Folosirea rcitorilor exteriori
Prevenirea retasurilor din nodurile termice prin msuri constructive se realizeaz prin
proiectarea judicioas a piesei, sau dac acest lucru nu s-a fcut la timp, prin modificarea
-
7/25/2019 Fascicul 8
6/12
constructiv a piesei fr ca aceasta s duneze rezistenei i funcionrii ei. n fig. 7 sunt artate
cteva soluii constructive pentru evitarea nodurilor termice sau micorrii lor.
Fig. 7. Modificarea constructiv a pereilor pieselor turnate
a piese cu nod termic b piese fr nod termic sau cu nod termic mai mic
- Combaterea formrii microretasurilor se face prin exercitarea unei presiuni asupra metalului n
momentul solidificrii (turnare sub presiune, centrifugal etc.)
Apariia tensiunilor interne
n cursul rcirii, n piesele turnate pot apare trei feluri de tensiuni : termice, fazice i de
contracie.
- Tensiunile termice se datoresc rcirii neuniforme a pieselor. Pereii subiri i prile mai
ndeprtate de punctul de intrare a metalului n form se rcesc mai repede i trec mai devreme din
zona de temperaturi n care metalul este plastic, n zona n care deformaiile sunt elastice. Rezult c
la un anumit moment o parte a piesei se afl n stare plastic iar cealalt, n stare elastic. Cnd i a
dou parte va atinge starea elastic ambele pri se vor contracta diferit ceea ce face ca n ele s
apar tensiuni de ntindere sau compresiune n funcie de dimensiunile prii respective (n prile
groase - tensiuni de ntindere, n prile subiri - tensiuni de compresiune).
Pentru exemplificare, se consider o pies turnat n form de jug (fig. 8), cu dou bare
subiri S i una groas G, unite la capete prin dou traverse rigide T. n timpul rcirii , barele subiri
vor trece primele n stare elastic, scurtnd-o. Atunci cnd i aceasta va trece n stare elastic, ea va
continua s se contracte dar va fi mpiedicat de baretele laterale. Aceast interaciune duce laapariia n bara central a unor tensiuni de compresiune.
-
7/25/2019 Fascicul 8
7/12
Fig. 8. Formarea tensiunilor interne n piesele turnate
- Tensiunile faziceapar ca urmare a faptului c diferitele pri ale piesei nu trec n acelai timp prin
transformrile de faz. Dup cum se tie, transformrile de faz sunt nsoite de modificri ale
volumului specific ale constituenilor structurali. Tensiunile produse pot provoca distrugerea piesei,
mai ales cnd efectul lor se suprapune peste cel al tensiunilor termice.
- Tensiunile de contracie se datoresc mpiedicrii contraciei prin rezistena opus de forme i
miezuri. Spre deosebire de celelalte dou categorii de tensiuni, acestea au caracter temporar idispar n momentul nlturrii cauzei care provoac frnarea contraciei (dezbaterea piesei).
Tensiunile de contracie sunt ntotdeauna tensiuni de ntindere, fapt care le face deosebit de
periculoase, mai ales c la temperaturi ridicate, rezistena materialului este sczut.
Prevenirea i combaterea tensiunilor interne
Tensiunile termice pot fi reduse printr-o serie de msuri cu caracter constructiv ca de
exemplu, evitarea unor diferene mari ntre grosimile pereilor piesei sau prin msuri tehnologice ca:
- accelerarea rcirii prilor groase cu ajutorul rcitorilor
- rcirea foarte nceat a pieselor cu grosime uniform, evideniindu-se diferenele mari ale vitezei
de rcire ntre centrul peretelui i suprafa
- eliberarea prilor groase de amestecul de formare imediat dup solidificarea lor etc.
Tensiunile fazice se pot evita asigurndu-se o rcire a piesei astfel nct, punctele de
transformare s fie traversate cu vitez mai mic.
Tensiunile de contracie se nltur prin ndeprtarea cauzei care le-a produs: rezistena
opus de form sau miezuri, ceea ce reclam o scoatere a presei din form imediat dup solidificare.
-
7/25/2019 Fascicul 8
8/12
Piesele turnate grele i de form complicat prezint ntotdeauna tensiuni. Prin deformare o
parte din tensiuni dispar prin relaxare. Dac ns relaxarea se face dup intrarea n exploatare a
piesei respective, maina i pierde din precizie putnd deveni neutilizabil.
Pentru a se elimina tensiunile interne din piesele turnate se aplic frecvent tratamentul
termic de recoacere de detensionare. Adeseori piesele de oel turnat sufer o detensionare n timpulrecoacerii de omogenizare sau de normalizare la care aceste piese sunt ntotdeauna supuse, fie
pentru mbuntirea proprietilor mecanice, fie pentru uurarea prelucrrii ulterioare prin achiere.
Apariia deformaiilor
Ca o consecin a existenei tensiunilor interne piesa turnat se deformeaz, funcie de
configuraia ei. tiind c tensiunile termice sunt de ntindere n prile groase i de compresiune nprile subiri, rezult c prile groase ale piesei au tendina de a-i reduce lungimea, iar cele subiri
de a i-o mri. Cunoscnd aceste lucruri se poate prevedea forma pe care o capt piesa deformat.
Astfel, pentru o grind turnat cu seciune n form de T, deformaia ei depinde de dimensiunile
seciunii (fig. 9, a i b).
Cunoaterea modului de deformare permite realizarea unor piese care s nu sufere
deformaii (fig. 9, c).
Fig. 9. Deformaii n piesele turnate
Atunci cnd nu este posibil obinerea unei piese turnate nedeformabile, se poate prevedea
execuia unui model cu deformaie contrar celei pe care o va primi piesa turnat.
-
7/25/2019 Fascicul 8
9/12
Apariia crpturilor
Dup temperatura la care se produc, crpturile piesei turnate pot fi crpturi la rece sau la
cald.
- Crpturile la rece, ce apar n piesele turnate la temperatura ambiant au la temperaturi joase sub500C deci n domeniul elastic de temperaturi se datoresc faptului c tensiunile de turnare - termice,
fazice i de contracie - nsumate, depesc rezistena la rupere a materialului. Ele sunt drepte, puin
deschise, uneori abia perceptibile, au ntindere mare, cu tendin de a se propaga n continuare.
Ruptura este intercristalin, de culoare metalic, deschis au uor colorat (cnd s-a produs la
temperaturi peste 200C) din cauza unui film de oxizi.
Crpturile la rece se produc fie n timpul rcirii piesei n form, fie la dezbatere, fie
ulterior, la temperatura ambiant.- Crpturile la caldse produc numai la rcirea n form, au un traseu intercristalin, sunt mai largi,
de ntindere mic, erpuite i fr tendina de a se propaga n continuare ele sunt puternic colorate
n negru ca urmare a unei oxidri puternice.
Fig. 10. Apariia crpturilor la cald i combaterea lui
Crpturile la cald se produc la temperaturi nalte, deci in domeniul plastic. Tensiunile care
pot apare n acest domeniu sunt tensiunile de contracie, deci crpturile la cald se datoresc acestor
tensiuni. n cazul oelului peste aceste tensiuni se pot suprapune tensiunile fazice, datorate
contraciei de volum produs la transformareaga.
n fig. 10, a, este artat modul de producere a unor crpturi datorit mpiedicrii contraciei
piesei de ctre form.
La rcirea corpului piesei se produce contracia la care este mpiedicat de ctre peretele
formei ce apas asupra flanei 2, provocnd apariia unei crpturi n zona de maxim solicitare 3.
Crpturile la cald se produc mai ales n piesele din oel turnat i constituie, alturi de
retasuri, cel mai frecvent defect de turnare.
-
7/25/2019 Fascicul 8
10/12
Prevenirea apariiei crpturilor la cald
Crpturile la cald pot fi prevenite prin masuri tehnologice i constructive. Dintre msurile
tehnologice se pot enumera:
- asigurarea unei compresibiliti sporite formei i miezurilor- folosirea rcitorilor exteriori n locurile n care se prevede apariia crpturilor la cald, n scopul
mririi rezistenei poriunii respective, prin scderea temperaturii ei.
Dintre msurile constructive fac parte:
- ntrirea zonei periclitate cu nervuri de contracie (fig. 10,b)
- nlocuirea pereilor plani cu perei curbi
- evitarea prilor ieinde, amplasate la distan mare etc.
Defecte cauzate de fenomenul de segregare
Fenomenul de segregare se poate manifesta la scara cristalelor (segregaie minor) ct i la
scara peretelui piesei (segregaie major).
Segregaia minor const n apariia diferenelor de concentraie ntr-un anumit element, n
cadrul unei faze n curs de solidificare. Dup cum se cunoate la temperatura t 1 (fig. 11) faza
separat are concentraia c1, la temperatura t2, concentraia c2 i aa mai departe. Un cristal separat
liber n masa lichidului va avea deci zona axial mai bogat n component A iar zona marginal mai
bogat n componenta B.
Fig. 11. Apariia segregaiei minore
-
7/25/2019 Fascicul 8
11/12
Prin procesul de difuziune ulterioar aceast eterogenizare chimic se atenueaz ntr-o
anumit msur dac exist condiia favorabil a meninerii ndelungate la temperaturi ridicate.
- Segregaia majorconst n existenta diferenei de concentraie chimic ntre diferitele zone ale
peretelui piesei turnate.n cazul aliajelor feroase, primele cristale i primu1 strat solidificat n contact cu peretele
formei sunt mai srace n elemente solubile: C, Si, P etc. ca zon central a piesei. Se observ c
incluziunile de tipul sulfurilor, oxizilor, silicailor din cauza punctului lor de topire sczut, segreg
i se acumuleaz n zona central a pieselor i n special n zona nvecinat retasurii.
Se consider de asemenea ca fiind segregare major eterogenizarea chimic rezultat din
diferena de densitate dintre primele cristale separate i lichid, ce duce la depunerea acestor cristale
n zonele inferioare ale pieselor.Repartizarea neuniform a componenilor aliajelor n piesele turnate, ca urmare a procesului
de segregare, exercit o influen defavorabil asupra proprietilor fizice, chimice i mecanice ale
acestora. Fenomenul de segregare poate fi combtut printr-o serie de msuri privind compoziia
aliajului turnat i tehnologii de turnare(de exemplu mrirea vitezei de rcire a piesei n forme
metalice).
Eterogenitatea chimic rezultat n urma fenomenului de segregare se poate nltura
supunnd piesele turnate unui tratament termic de recoacere de omogenizare.
Defecte cauzate de ptrunderea gazelor n metalul piesei
n metale i aliaje, gazele se pot gsi sub form de sufluri, straturi de gaze absorbite, soluii
solide i combinaii chimice. Incluziunile de gaze constituie unul din cele mai rspndite defecte ale
pieselor turnate.
Gazele dizolvate, degajndu-se din soluii solide pot provoca crpturi ce se prezint sub
form a numeroase fisuri cu aspect de pete de culoare deschis numite fulgi.
Suflurile sunt discontinuiti n piese, care scad rezistena materialului prin micorarea
seciunii i prin efectul lor de concentrare a tensiunilor. Suflurile se deosebesc de retasuri prin
aspectul i culoarea cavitii. Astfel, indiferent de proveniena lor, suflurile prezint o suprafa
neted, de obicei neoxidat de culoare argintie, n timp ce retasurile prezint o suprafa neregulat
i de culoare neagr din cauza oxizilor formai.
Suflurile se pot datora att metalului turnat ct i formei.
-
7/25/2019 Fascicul 8
12/12
Suflurile datorate metalului se obin prin difuziunea gazelor n metalul lichid, fenomen
favorizat de existena temperaturilor nalte. Gazele care pot difuza n metalele i aliajele lichide
sunt: N2, O2, H2 sau compui gazoi H2O, SO2, CO etc.
Principalele surse de ptrundere a gazelor datorate formei sunt:
- antrenarea aerului la curgerea metalului prin reeaua de turnare- dislocarea de ctre metal a aerului din cavitatea formei
- umiditatea i aerul sau gazele din porii amestecului de formare
- existena unor componeni ai amestecului de formare care produc gaze.
Prevenirea apariiei suflurilor se poate realiza prin adoptarea unor msuri tehnologice
corespunztoare, care s elimine sursele de apariie a gazelor n metal.
Alte defecte
n afara defectelor amintite, n piesele turnate se ntlnesc i alte defecte cauzate de unele
fenomene cum ar fi :
- eroziunea pereilor reelelor de turnare i ai cavitii formei de ctre metalul lichid aflat n micare
- reaciile chimice produse ntre pereii formei i metalul turnat
- cauze accidentale (distrugerea pereilor cavitii, deplasarea semiformelor) etc.