Невозможно анализировать причины повреждения деталей механизма и давать рекомендации по устранению этих причин, не имея ясного представления о металле, из которого изготовлена деталь, и о физических свойствах металла.
Многие дефекты деталей дизеля могут быть в заготовках этих деталей, и, чем крупнее заготовка, тем вероятнее дефекты в ее структуре.
Современные способы контроля литья могут дать только общее представление о структуре отливки. Способа контроля, позволяющего исследовать структуру по всему объему, пока не существует. Кроме того, только по структуре металла отливки трудно судить о работоспособности будущей детали.
Кроме структурных дефектов, причиной разрушения или повреждения деталей могут быть температурные напряжения, возникающие в процессе литья вследствие разницы температур тонких и массивных частей отливки при ее застывании.
После заливки формы металлом резко падает температура между внешними и внутренними частями отливки Чем сложнее отливка, тем больше разница в толщине стенок отдельных ее элементов; чем резче переходы тонких стенок в толстые, тем больше напряжения. По мере перехода все большей массы металла из пластического состояния в упругое в отливке начинают нарастать напряжения; при этом массивные (центральные) части отливки в конце охлаждения оказываются растянутыми, а тонкие части (наружные слои сечения) — сжатыми. Термические напряжения могут достигать весьма больших величин в зависимости от степени сложности отливки и скорости охлаждения ее частей.
Термические напряжения, действующие и после полного охлаждения отливки, называются остаточными. По данным многих исследований, остаточные напряжения не всегда вредны. Если знаки этих напряжений противоположны знакам напряжений, возникающих при работе изготовленной из отливки детали, то остаточные напряжения могут оказаться даже полезными. И если бы величины и знаки напряжений в сложных отливках можно было легко определить, то их можно было бы учитывать при проектировании.
Однако чаще всего остаточные напряжения, вызывающие хрупкое разрушение, трещины, коробление, понижают прочность деталей. Вредное влияние остаточных напряжений может проявляться спустя некоторое время после их появления, если наибольшая внешняя нагрузка суммируется по знаку с уже существующими остаточными напряжениями. Такое сочетание напряжений вызовет или деформацию, или поломку детали, особенно чугунную, обладающую малым сопротивлением разрыву.
Со временем упруго напряженные участки металла отливки претерпевают пластические деформации в объемах отдельных зерен или их групп, и остаточные напряжения затухают. Это явление было известно еще на заре машиностроения. Ответственные крупные отливки (станины больших станков, цилиндры, поршни паровых машин) подвергали грубой предварительной обработке и оставляли на дворах заводов на срок до двух и более лет. За это время процессы деформаций заканчивались, и в дальнейшем деталь была гарантирована от короблений на весь срок ее службы.
В настоящее время эту операцию заменяют отжигом В отливках из серого чугуна остаточные напряжения могут быть ликвидированы путем нагрева отливки до температуры 500—550°С в течение 3—5 ч Разумеется, такие дефекты, возникшие в отливке до отжига, как внутренние трещины, утяжины, раковины, пористость и т. д., никакой термообработкой ликвидировать нельзя.
Для стальных отливок отжиг применяют значительно реже, чем для чугунных. Во-первых, большинство стальных отливок подвергается прокату, ковке или обработке на гидравлических прессах После такой обработки литейные напряжения в литой стали исчезают. Во-вторых, сталь по своей природе обладает большой пластичностью и остаточные напряжения затухают в стальной отливке вследствие перехода упругих деформаций в пластические за более короткий срок, чем в чугуне, без всякого ущерба для механических свойств металла.
Из изложенного можно сделать заключение о том, что дефекты деталей судового дизеля не всегда возникают в процессе их работы и не всегда являются следствием условий, в которых они работают, а часто идут еще от заготовки.
К сожалению, современная наука не выработала универсальных методов определения любых дефектов, встречающихся в отливках и поковках. Например, в оборудовании заводских лабораторий не существует приборов, при помощи которых можно было бы определить такие дефекты, как искажения кристаллической решетки, остаточные напряжения, очень мелкие трещины и пузыри, залегающие в глубине отливки, пористость отдельных участков. Рентгено- и гаммаграфирование, являющиеся наиболее точными способами контроля, дают ясное представление о величине и характере дефектов, расположенных на глубине до 300 мм, но не обнаруживают мелких дефектов (менее 2—3% толщины изделия). Ультразвуковой контроль может применяться для выявления тех же дефектов практически при любой толщине отливки или поковки, но он дает только приближенное представление об их величине, форме и характере.
Исследовать структуру металла в заводских лабораториях можно только на микрошлифах под металломикроскопами с увеличением до 2000 раз. Но исследование структуры на микрошлифе дает более или менее ясное представление о структуре очень небольших объемов металла, и общие выводы о структуре всей отливки носят весьма условный характер. По микрошлифу нельзя получить ясного представления о химической однородности отливки, так как в различных зонах слитка содержание структурных
составляющих неодинаково.
То же самое можно сказать и о химическом анализе состава сплава. В зависимости от зоны отливки или поковки, из которой взята стружка для химического андлиза, соотношение количеств структурных составляющих может колебаться в широких пределах.
Таким образом, современные методы определения дефектоз отливок и поковок, применяемые заводскими лабораториями, позволяют определять далеко не все дефекты. С высокой степенью надежности можно определять дефекты, расположенные на поверхности отливки и поковки или залегающие на небольшой глубине. Но многие из весьма эффективных методов контроля, например ультразвуковой, люминесцентный, применимы только на чисто обработанных поверхностях, которых отливки и поковки не имеют.
В общем виде методы дефектоскопии, применяемые современными заводскими лабораториями, основаны на свойствах электромагнитных волн, магнитного поля, звуковых волн, электро- и теплопроводности металлов и на молекулярных свойствах жидкости.
Существуют следующие виды контроля: рентгено- и гамма-лучи, электромагнитная индукция, магнитные порошки, звук и ультразвук, электропроводность и теплопроводность, керосиновая проба, проба цветными составами и люминофорами.
В процессе механической обработки отливок и поковок и после ее окончания детали подвергают дополнительному контролю, причем, применяют не только один из вышеназванных методов, но исследуют на микрошлифах и производят механические и технологические испытания и пробы, которые позволяют более точно выяснить существующие дефекты и получить ясное представление о пригодности заготовки к окончательной обработке по прочностным характеристикам металла. Нередко бывает так, что 2—3 черновые стружки вскрывают такие дефекты, что дальнейшая обработка заготовки не имеет смысла.
И все же в изготовленные механизмы попадает немало деталей, имеющих весьма существенные дефекты. Одни из них не проявляют себя в продолжение всего срока службы механизма, а другие приводят к быстрому выходу из строя детали, чаще всего вследствие поломки.
Качество детали зависит не столько от тщательности контроля, которому ее подвергают при изготовлении, сколько от применяемой технологии на металлургических и литейных заводах. Металлургам и литейщикам хорошо известны дефекты, которые могут возникнуть в отливках и поковках, известны и условия, в которых они появляются, но процессы выплавки, литья и горячей обработки металлов настолько сложны, что малейшие отступления от технологических процессов могут вызвать такие дефекты, обнаружить которые на заводе практически невозможно.
Многие дефекты деталей дизеля могут быть в заготовках этих деталей, и, чем крупнее заготовка, тем вероятнее дефекты в ее структуре.
Современные способы контроля литья могут дать только общее представление о структуре отливки. Способа контроля, позволяющего исследовать структуру по всему объему, пока не существует. Кроме того, только по структуре металла отливки трудно судить о работоспособности будущей детали.
Кроме структурных дефектов, причиной разрушения или повреждения деталей могут быть температурные напряжения, возникающие в процессе литья вследствие разницы температур тонких и массивных частей отливки при ее застывании.
После заливки формы металлом резко падает температура между внешними и внутренними частями отливки Чем сложнее отливка, тем больше разница в толщине стенок отдельных ее элементов; чем резче переходы тонких стенок в толстые, тем больше напряжения. По мере перехода все большей массы металла из пластического состояния в упругое в отливке начинают нарастать напряжения; при этом массивные (центральные) части отливки в конце охлаждения оказываются растянутыми, а тонкие части (наружные слои сечения) — сжатыми. Термические напряжения могут достигать весьма больших величин в зависимости от степени сложности отливки и скорости охлаждения ее частей.
Термические напряжения, действующие и после полного охлаждения отливки, называются остаточными. По данным многих исследований, остаточные напряжения не всегда вредны. Если знаки этих напряжений противоположны знакам напряжений, возникающих при работе изготовленной из отливки детали, то остаточные напряжения могут оказаться даже полезными. И если бы величины и знаки напряжений в сложных отливках можно было легко определить, то их можно было бы учитывать при проектировании.
Однако чаще всего остаточные напряжения, вызывающие хрупкое разрушение, трещины, коробление, понижают прочность деталей. Вредное влияние остаточных напряжений может проявляться спустя некоторое время после их появления, если наибольшая внешняя нагрузка суммируется по знаку с уже существующими остаточными напряжениями. Такое сочетание напряжений вызовет или деформацию, или поломку детали, особенно чугунную, обладающую малым сопротивлением разрыву.
Со временем упруго напряженные участки металла отливки претерпевают пластические деформации в объемах отдельных зерен или их групп, и остаточные напряжения затухают. Это явление было известно еще на заре машиностроения. Ответственные крупные отливки (станины больших станков, цилиндры, поршни паровых машин) подвергали грубой предварительной обработке и оставляли на дворах заводов на срок до двух и более лет. За это время процессы деформаций заканчивались, и в дальнейшем деталь была гарантирована от короблений на весь срок ее службы.
В настоящее время эту операцию заменяют отжигом В отливках из серого чугуна остаточные напряжения могут быть ликвидированы путем нагрева отливки до температуры 500—550°С в течение 3—5 ч Разумеется, такие дефекты, возникшие в отливке до отжига, как внутренние трещины, утяжины, раковины, пористость и т. д., никакой термообработкой ликвидировать нельзя.
Для стальных отливок отжиг применяют значительно реже, чем для чугунных. Во-первых, большинство стальных отливок подвергается прокату, ковке или обработке на гидравлических прессах После такой обработки литейные напряжения в литой стали исчезают. Во-вторых, сталь по своей природе обладает большой пластичностью и остаточные напряжения затухают в стальной отливке вследствие перехода упругих деформаций в пластические за более короткий срок, чем в чугуне, без всякого ущерба для механических свойств металла.
Из изложенного можно сделать заключение о том, что дефекты деталей судового дизеля не всегда возникают в процессе их работы и не всегда являются следствием условий, в которых они работают, а часто идут еще от заготовки.
К сожалению, современная наука не выработала универсальных методов определения любых дефектов, встречающихся в отливках и поковках. Например, в оборудовании заводских лабораторий не существует приборов, при помощи которых можно было бы определить такие дефекты, как искажения кристаллической решетки, остаточные напряжения, очень мелкие трещины и пузыри, залегающие в глубине отливки, пористость отдельных участков. Рентгено- и гаммаграфирование, являющиеся наиболее точными способами контроля, дают ясное представление о величине и характере дефектов, расположенных на глубине до 300 мм, но не обнаруживают мелких дефектов (менее 2—3% толщины изделия). Ультразвуковой контроль может применяться для выявления тех же дефектов практически при любой толщине отливки или поковки, но он дает только приближенное представление об их величине, форме и характере.
Исследовать структуру металла в заводских лабораториях можно только на микрошлифах под металломикроскопами с увеличением до 2000 раз. Но исследование структуры на микрошлифе дает более или менее ясное представление о структуре очень небольших объемов металла, и общие выводы о структуре всей отливки носят весьма условный характер. По микрошлифу нельзя получить ясного представления о химической однородности отливки, так как в различных зонах слитка содержание структурных
составляющих неодинаково.
То же самое можно сказать и о химическом анализе состава сплава. В зависимости от зоны отливки или поковки, из которой взята стружка для химического андлиза, соотношение количеств структурных составляющих может колебаться в широких пределах.
Таким образом, современные методы определения дефектоз отливок и поковок, применяемые заводскими лабораториями, позволяют определять далеко не все дефекты. С высокой степенью надежности можно определять дефекты, расположенные на поверхности отливки и поковки или залегающие на небольшой глубине. Но многие из весьма эффективных методов контроля, например ультразвуковой, люминесцентный, применимы только на чисто обработанных поверхностях, которых отливки и поковки не имеют.
В общем виде методы дефектоскопии, применяемые современными заводскими лабораториями, основаны на свойствах электромагнитных волн, магнитного поля, звуковых волн, электро- и теплопроводности металлов и на молекулярных свойствах жидкости.
Существуют следующие виды контроля: рентгено- и гамма-лучи, электромагнитная индукция, магнитные порошки, звук и ультразвук, электропроводность и теплопроводность, керосиновая проба, проба цветными составами и люминофорами.
В процессе механической обработки отливок и поковок и после ее окончания детали подвергают дополнительному контролю, причем, применяют не только один из вышеназванных методов, но исследуют на микрошлифах и производят механические и технологические испытания и пробы, которые позволяют более точно выяснить существующие дефекты и получить ясное представление о пригодности заготовки к окончательной обработке по прочностным характеристикам металла. Нередко бывает так, что 2—3 черновые стружки вскрывают такие дефекты, что дальнейшая обработка заготовки не имеет смысла.
И все же в изготовленные механизмы попадает немало деталей, имеющих весьма существенные дефекты. Одни из них не проявляют себя в продолжение всего срока службы механизма, а другие приводят к быстрому выходу из строя детали, чаще всего вследствие поломки.
Качество детали зависит не столько от тщательности контроля, которому ее подвергают при изготовлении, сколько от применяемой технологии на металлургических и литейных заводах. Металлургам и литейщикам хорошо известны дефекты, которые могут возникнуть в отливках и поковках, известны и условия, в которых они появляются, но процессы выплавки, литья и горячей обработки металлов настолько сложны, что малейшие отступления от технологических процессов могут вызвать такие дефекты, обнаружить которые на заводе практически невозможно.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.