Дефекты стального литья, причины их возникновения

Наибольшее влияние на свойства сталей оказывают следующие дефекты слитка:

1.Дендритная (зональная) ликвация – химическая неоднородность слитка;

2.Усадочная рыхлость, общая пористость, газовые пузыри, межкристаллитные трещины;

3.Внутренние разрывы;

4.Неметаллические включения;

5.Слоистый излом и флокены;

6.Поверхностные дефекты (волосовены, раковины).        

Химическая неоднородность слитка (ликвация) возникает в результате процесса избирательной кристаллизации при затвердевании. Наиболее сильно ликвируют сера, фосфор и углерод, элементы от содержания которых особенно сильно зависят свойства стали. Ликвация этих элементов более заметна в кипящей стали.

В легированных сталях помимо вредных примесей ликвируют также легирующие элементы.

Карбидная ликвация – основной причиной образования является неравномерное распределение первичных карбидов, образующихся при охлаждении после разливки из-за первичной ликвации углерода и других карбидообразующих элементов.

Дендритная ликвация – химическая неоднородность, проявляющаяся в пределах одного дендрита (кристалл ветвистой формы). Причиной образования дендритной ликвации является избирательная кристаллизация, вследствие которой оси дендритов, растущие первыми, содержат меньше примесей, а затвердевающие позже обогащаются этими примесями, что приводит к неоднородности химического состава в разных частях дендрита.

Примером дендритной ликвации в легированной стали служат появление в сталях типа 18-8 (классическая нержавеющая сталь, содержащая 18% хрома и 8% никеля) пересыщенного твердого раствора легирующих элементов, который значительно затрудняет горячую механическую обработку давлением.

Пористость и точечная неоднородность является следствием чрезмерного распространения усадочной раковины или образования усадочных раковин при затвердевании изолированных друг от друга небольших объемов жидкой стали.

Меньшее влияние на свойства стали оказывают поверхностные дефекты. Включение огнеупорных материалов кроме снижения прочности отливок вызывают также повышенный износ режущего инструмента при последующей механической обработке.

Помимо скопления в ликвационной зоне вредных примесей вокруг неметаллических включений, как центров кристаллизации при затвердевании отливки, происходит выделение малоуглеродистого железа, в результате чего образуются участки с ферритными пятнами.

Микроскопические дефекты отливок (неметаллические включения, мелкие раковины и поры) больше влияют на пластические характеристики образцов, чем на их прочностные свойства. Особенно низкие значения относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость имеют в участках, расположенных в верхней части отливки, так как металл под усадочной раковиной, как правило, поражен усадочной рыхлостью и усадочной пористостью.

Одним из способов уменьшения вредного влияния усадочной рыхлости и пористости является подвод компрессорного воздуха внутрь усадочной раковины при затвердевании отливки. Это позволяет повысить пластические свойства литой стали (удлинения, сужения и ударную вязкость) в 2 раза.