Внутри чугунной отливки

Когда говорят про внутри чугунной отливки, обычно представляют монолит без изъянов. На практике же там целый мир — с пористостью, ликвациями, остаточными напряжениями. И если снаружи всё отполировано до блеска, это ещё не значит, что внутри нет скрытых раковин.

Что скрывает чугун за внешним слоем

Вспоминаю случай на производстве у ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье — делали ответственный узел для портового крана. По ТУ требовалась сплошная контрольно-ультразвуковая проверка. Вроде бы отливка прошла все этапы правильно: и мододифицировали, и под обдув ставили. Но на УЗК проявились точечные раковины в зоне перехода от массивного узла к тонкой стенке. Пришлось пускать под брак — для портовой техники такие дефекты недопустимы.

Здесь важно понимать: в массивных сечениях чугун остывает медленнее, графит выделяется крупнее. А в тонких — быстрее, может появиться отбел. И если не рассчитать правильно литниковую систему, в зонах перепада сечения обязательно будут дефекты. Не спасает даже последующая термообработка.

Кстати, на сайте xszgsteel.ru правильно указывают, что работают с высокохромистым чугуном — он менее склонен к таким проблемам, но требует особого подхода к плавке. Мы как-то пробовали делать из него детали для нефтехимии, так там пришлось полностью пересматривать технологию — обычные методы не подходили.

Раковины и пористость: почему они возникают

Самое неприятное в работе с чугуном — когда внешне всё идеально, а внутри чугунной отливки оказывается губчатая структура. Особенно часто это бывает в верхних частях отливок и в зонах подвода питателей. Причина обычно в газонасыщении металла или недостаточной подаче жидкого металла при усадке.

Однажды для дорожно-строительной техники делали массивный корпус редуктора. Вроде бы и шихту подобрали правильно, и модификаторы добавили. Но после механической обработки вскрылась пористость диаметром 3-4 мм по всей поверхности разреза. Пришлось анализировать — оказалось, проблема в слишком высокой температуре заливки. Чугун перегрели, газопоглощение увеличилось, а выйти газам не дали.

Сейчас в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье для таких случаев разработали специальный режим подогрева формы — не идеально, но снижает брак на 15-20%. Важно не просто греть, а поддерживать определенный градиент.

Ликвационные процессы — не всегда плохо

Принято считать, что ликвация — это однозначный брак. Но в некоторых случаях неоднородность структуры внутри чугунной отливки даже полезна. Например, для деталей, работающих на абразивный износ, поверхностный отбеленный слой с цементитом повышает стойкость.

Для лесозаготовительной техники мы как-то делали звёздочки цепных передач — специально добивались, чтобы на рабочих поверхностях был отбел толщиной 2-3 мм. Внутри оставался перлитный чугун с графитом, обеспечивающий вязкость, а снаружи — твёрдый износостойкий слой. Технология сложная: нужно точно рассчитать скорость охлаждения, иначе вместо равномерного отбела получатся трещины.

Кстати, в металлургическом оборудовании такой подход тоже применяется — для валков прокатных станов, например. Но там требования ещё жёстче.

Остаточные напряжения — невидимая угроза

Мало кто задумывается, но даже после казалось бы успешного изготовления внутри чугунной отливки могут сохраняться значительные остаточные напряжения. Они проявляются не сразу — иногда через месяцы, когда деталь уже работает в механизме.

Был у нас печальный опыт с судовыми насосами — отливки прошли все проверки, собрали, отправили заказчику. А через полгода — рекламация: корпус насоса дал трещину. Разбирались — оказалось, виноваты остаточные напряжения от неравномерного охлаждения. Внешне всё было perfect, а внутри — напряжение на грани предела.

Теперь для ответственных деталей обязательно делаем отжиг — не тот формальный, что в технологических картах прописан, а настоящий, с выдержкой при 550-600°C и медленным охлаждением. Да, дороже, но надёжнее. На xszgsteel.ru в описании компании упоминают судовые насосы — так вот для них это особенно критично.

Контроль качества: что действительно важно

Многие ограничиваются визуальным осмотром и размерным контролем. Но чтобы по-настоящему оценить, что происходит внутри чугунной отливки, этого категорически недостаточно.

Мы ввели обязательный выборочный контроль на томографе — дорого, но оправдывает себя. Особенно для деталей нефтехимического оборудования, где любой дефект может привести к катастрофе. Как-то раз обнаружили включения формовочной смеси в теле отливки — казалось бы, мелочь, но для работы под давлением недопустимо.

Для металлургического оборудования, которое упоминается в описании ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье, контроль ещё строже — там и ультразвук, и рентген, и даже металлографические исследования. Потому что последствия разрушения в металлургии слишком серьёзны.

Перспективные направления

Сейчас много говорят о компьютерном моделировании процессов затвердевания. Мы пробовали — да, помогает предсказать основные проблемы внутри чугунной отливки. Но полностью доверять программам пока нельзя — слишком много переменных: от качества шихты до влажности воздуха в цехе.

Интересное направление — комбинированные отливки, когда в разных частях детали создаётся разная структура. Для дорожно-строительной техники это перспективно — можно делать износостойкие ковши с ударопрочными элементами. Правда, технология сырая, много брака.

Если смотреть на ассортимент xszgsteel.ru, там как раз перечислены отрасли, где такие решения могли бы пригодиться — и портовое хозяйство, и лесозаготовительная техника, и дорожно-строительная техника. Думаю, в ближайшие годы это направление будет развиваться.

В общем, внутри чугунной отливки — целая вселенная со своими законами и аномалиями. И чтобы её понять, недостаточно прочитать учебник — нужно years ковыряться в браке, анализировать каждый случай, не бояться экспериментировать. И да, иногда признавать — вот здесь мы ошиблись, будем знать на будущее.