Нарушение технологии изготовления отливок и поковок

При подготовке шихты для плавильной печи не должно быть никаких отступлений и состав металла будущей отливки должен соответствовать марке чугуна или стали, обозначенной на чертеже. От литейщиков требуется только правильно произвести плавку и при выпуске в ковш не допустить загрязнения металла.
Следует заметить, что крупные неметаллические включения, которые вызывают разрушения литых деталей в процессе работы, встречаются не так уж часто. Большинство таких включений не проявляют себя при работе детали, поэтому вреда от их наличия нет.
Чаще встречаются дефекты литых деталей вследствие отступлений от заданного режима термообработки. Для снятия литейных напряжений, возникающих в сложной отливке при остывании, необходим ее полный отжиг. Однако нередко отжиг заменяют нор- ; мализацией или вовсе не производят никакой термообработки, ограничиваясь большей или меньшей выдержкой отливки на литейном дворе. В результате на литых деталях иногда появляются трудно объяснимые трещины, а чаще всего детали и особенно втулки цилиндров меняют свою геометрическую форму в самых неожиданных направлениях.
Рис. 28. Повреждения на чугунном поршне дизеля
Как типичный пример поломки, вызванной остаточными литейными напряжениями, С. С. Паундер приводит схему трещин, образовавшихся в головке поршня (рис. 28). Он полагает, что если бы отливка была оставлена в опоках не менее чем на 72 ч, трещин не возникло бы.
Трещины расположены на уровне среза входящей 1 и выходящей 2 труб системы охлаждения поршня (3— границы трещин). Если вблизи труб в стенке поршня существовал резкий перепад температур, то он и мог послужить причиной образования трещин. На рисунке А — трещина со значительной коррозией; Б — трещина без коррозии; В — целый металл.
На большой серии теплоходов типа «Красноград», работающих в БМП, установлены дизели Зульцер RD76, построенные по лицензии финской фирмой «Вярт-силя». В первые же годы эксплуатации у дизелей стали возникать трещины в ребрах, связывающих внутренний уплотнительный пояс окон с наружной частью блока, и во внутренней кольцевой части, а также кольцевые выбоины в местах установки медных уплотнительных колец. Завод-строитель заменил дефектные блоки на теплоходах «Краснодон», «Каспийск» и «Кимовск», а на других десяти теплоходах трещины были заделаны стальными стяжками по способу фирмы «Металок».
Специалисты БМП не имели точных данных о способах термообработки, которым подвергаются блоки после отливки, но высказали вполне обоснованное предположение а том, Что трещины в ребрах возникают вследствие слишком быстрого охлаждения отливки, в результате чего отливка идет В обработку с неликвидированными литейными напряжениями.
Что касается кольцевых выбоин и трещин во внутренней части блока, то об их причине будет сказано ниже.
При быстром охлаждении отливки в процессе усадки остывающего металла напряжения могут достичь таких величин, что в отливке образуются внутренние трещины, которые в дальнейшем, при работе детали, будут увеличиваться и выйдут на ее поверхность.
С таким явлением встретились механики Мурманского пароходства. На теплоходе «Доброполье», на котором установлен дизель МАН K7Z70/120 (построен по лицензии в ГДР), в верхней части втулок № 1 и № 5 на стороне выхлопа были обнаружены волнистые вертикальные трещины длиной до 110 мм. К этому времени дизель отработал 12 220 ч. Втулки пришлось заменить.
Подобные трещины обнаружили также во втулке цилиндра № 2 после 13 800 ч работы. Втулку, проработавшую под наблюдением еще 700 ч, заменили в связи с образованием в ней новых трещин и увеличением старых.
Микроструктура чугуна, исследованная на шлифах, оказалась вполне нормальной, но характер трещин указывал на то, что возникли они во время усадки металла при остывании, что происходит только при чрезмерно быстром охлаждении отливки. После замены втулок неполадки . прекратились.
Спустя 1600 ч работы, на рабочей поверхности новой втулки № 1 и старой втулки № 6 образовалось выкрашивание металла размером 10X2X1 мм. Если и эти втулки были пущены в работу с неликвидированными литейными напряжениями, то можно полагать, что их структура имела дефекты, так как выпадение из рабочей поверхности участков металла можно объяснить только внутренней раковиной, расположенной за выпавшим участком металла.
Литейные напряжения бывают не настолько велики, чтобы вызвать трещину, процесс их воздействия на деталь ограничивается тем, что деталь во время работы претерпевает деформации, которые непрерывно изменяются по величине и направлению.
С таким явлением встретились механики танкеров «Бауска» и «Балаклава» Латвийского морского пароходства. На танкерах, построенных в 1962 г. в Гданьске, установлены дизели Зульцер 6RSAD76 (# = 7800 э. л. с. при п= = 119 об/мин).

По прошествии немногим более месяца после ввода в эксплуатацию танкера «Бауска» началась течь из полости охлаждения цилиндра #5 вследствие пропусков в уплотнениях втулки. При вскрытии цилиндра обнаружилось что на рабочей поверхности втулки в районе выпускных и продувочных окон имеются задиры и натиры, причем, задиры расположены непосредственно под окнами (рис. 29, я). На рисунке также показан кольцевой натир по всей окружности нижней части втулки. На тронке поршня были задиры, расположенные неравномерно по всей окружности, а в отдельных местах имелись следы натиров 1 оловка поршня и поршневые кольца повреждений не имели.
Обмер втулки показал настолько большие отклонения от номинальных размеров, что просто удивительно, как дизель работал вообще. Схема обмера показана на рис. 29,6, а результаты — в табл. 1.
Из таблицы видно, что если в верхней части втулка сплющивалась в направлении по ходу, то в нижней части ее диаметр уменьшился в направлении по ходу на 2,91 мм и по оси на 0,28 мм. О причинах этого уменьшения не может быть иного мнения, кроме как то, что втулка в процессе изготовления не подвергалась какой-либо термообработке и из опоки была выбита еще горячей, в то время как существует рекомендация выдерживать отливку в опоке не менее 72 ч после заливки металла.
Аналогичная авария произошла на танкере «Балаклава» после того, как дизель отработал с постройки всего лишь 280 ч. Но здесь последствия не ограничились натирами. Признаки аварийного состояния цилиндра № 2 также начались с поступления воды из контрольного канала втулки со стороны выпуска При осмотре поршня через продувочные окна заметили трещину на тронке ниже направляющих колец (рис. 29, в).
После вскрытия цилиндра на поршне обнаружили трещины на направляющих кольцах, а первоначально обнаруженная трещина, оказывается, простиралась до нижнего поршневого кольца и не доходила до нижней кромки тронка только на 120 мм. На головке поршня и поршневых кольцах повреждений не было. Рабочая поверхность всех колец была гладкой, без задиров и царапин, кольца свободно двигались в канавках.
Были обнаружены трещины и на втулке (рис. 29, г) в перемычке между выпускными и продувочными окнами (или непосредственно у кромки окон). В этом же районе имелись следы натиров. Обмер втулки № 2 показал ту же картину, как и втулки № 5 танкера «Бауска». Но втулка № 2 сплющилась по оси, а не по ходу, как в первом случае, диаметр нижней части втулки уменьшился по оси на 1,81 мм, а эллиптичность в этом месте достигла 2*12 мм.
По свидетельству М. Н. Филимонова, разбиравшего обе аварии, нарушений правил обслуживания дизелей не было, смазка и охлаждение цилиндров были в исправном состоянии, для смазки применялось масло, рекомендованное заводом-строителем.
После замены втулки и поршня, спустя 180 ч работы, на этом же цилиндре произошла вторая авария, аналогичная первой, но на этот раз сломалось только нижнее направляющее кольцо. Когда на обоих танкерах обмерили все втулки, оказалось, что ни одна из них не сохранила номинального диаметра, причем, как правило, диаметр нижних частей втулок уменьшался с образованием эллипса до 2,69 мм.
Деформации цилиндровых втулок наблюдались на теплоходах с дизелями Зульцер RSAD76 и в других пароходствах, однако были и исключения, когда эти деформации не оказывали существенного влияния на нормальную работу дизеля.
Деформацию втулки во время работы можно обьяснить следующим образом. Остаточные напряжения у заготовки втулки после ее остывания приходят в равновесие, т. е. в одних частях ее образовались объемы, находящиеся в упруго напряженном состоянии растяжения, в других частях — сжатия. Если сумма напряжений противоположных знаков равна нулю, то вся система находится в равновесии, т. е. заготовка не изменяет своей формы. В процессе обработки часть этих объемов будет срезаться, поля напряжений будут изменяться после каждой стружки, возможно, будет изменяться и форма, но после окончания обработки внутренние напряжения противоположных знаков снова придут на некоторое время в равновесие и деталь будет иметь правильную геометрическую форму.
Как только готовая втулка попадет в рабочие условия, она подвергается воздействию внешних факторов: высоких температур» распределенных крайне неравномерно и изменяющихся в поверхностных слоях на протяжении всего цикла, рабочих механических напряжений, также изменяющихся на протяжении всего цикла».
разности температур со стороны рабочей поверхности и со стороны воды, давлению блока на втулку в районах посадочных мест и уплотнений, резкому охлаждению поверхностных слоев металла во время пусков при швартовках, изменению температурного поля после остановки дизеля и т. д.
Эти факторы оказывают прямое воздействие на остаточные внутренние напряжения металла втулки, вследствие чего равновесие их нарушается: металл снова приходит в движение, одни объемы, получившие к своим внутренним напряжениям дополнение извне, начинают растягиваться, другие сжиматься, в третьих объемах напряжения начинают резко затухать, так как внешнее воздействие имеет противоположный знак, и втулка снова начинает изменять свою форму. Предусмотреть направление таких изменений невозможно.
Возьмем хотя бы такой пример из публикации М. Н. Филимонова. В табл 1 даны результаты обмеров втулки № 5 дизеля танкера «Бауска», а в табл. 2 —такие же результаты для втулки № 2 дизеля танкера «Балаклава».
Но, как видно из сравнения таблиц, направление деформаций не одинаково. У втулки № 5 большая ось эллипса расположилась в направлении по оси, а у втулки № 2 — по ходу. Казалось бы, дизели обоих судов совершенно одинаковы, работали в одинаковых условиях, а характер повреждений втулок различен.
Остаточные литейные напряжения в отливках, особенно в блоках цилиндров, могут сохраняться очень долго.
Любопытный пример приводят В. И. Кончаев и В. М. Шелученко. На упоминавшемся дизеле МАН К778/140, установленном на теплоходе «Архангельск», после 15 000 ч работы заменили одну из втулок. После установки новой втулки обмер ее показал, что она имеет эллипс, достигающий в районе продувочных и выпускных окон 0,19 мм. Когда втулку выпрессовали и обмерили в свободном состоянии, она оказалась цилиндрической. Обмеры посадочных мест блока цилиндра показали, что разность размеров в направлениях по оси и по ходу достигает 0,24 мм. Для проверки выпрессовали еще две втулки и в их блоках оказалась разница размеров в направлениях по оси и по ходу с несколько меньшими величинами.
Для придания посадочному поясу блока цилиндрической формы лишний металл на поясе сняли карборундовым кругом. Величину снимаемого металла контролировали специальным шаблоном. Вставленная после этого в блок втулка деформации не имела.
Спустя еще 15 ООО ч работы, втулки снова выпрессовывали и снова обнаружили деформацию блока, достигающую 0,12 мм.
Такие случаи встречаются относительно редко, и назвать причиной деформации блока только остаточные литейные напряжения нет оснований, слишком большой срок прошел со времени постройки дизеля и процесс естественного старения должен был закончиться. Если в начале работы дизеля такой процесс и происходил, to в дальнейшем сказался конструктивный недостаток, заключающийся в недостаточной жесткости конструкции блока.
Как видно из приведенных примеров, отступления технологов литейных цехов от заданных условий не так уже редки. Эти отступления, вызывающие коробление втулок и блоков, ставят судовых механиков в тяжелое положение, так как при несвоевременном обнаружении изменения геометрических размеров втулки или блока дизель приближается к аварийному состоянию, а в дальнейшем терпит аварию, иногда с тяжелыми последствиями.
Разумеется, ни предупредить, ни ликвидировать деформации втулок судовые механики не в состоянии. Такие полумеры, как снятие металла в районе выпуклостей при помощи наждачных кругов и шлифовальных приспособлений, неизбежно нарушают геометрию втулки и приводят к тому, что на обработанной поверхности образуются впадины, в которых во время работы будут скапливаться продукты износа и твердые частицы недогоревшего цилиндрового масла, которые вызовут задиры колец и втулки.
Для того чтобы избежать повреждений рабочей поверхности втулки и аварийных ситуаций, судовые механики должны при всяком удобном случае контролировать состояние втулок. При вполне обоснованной тенденции к увеличению сроков между вскрытиями цилиндров нельзя приурочивать обмеры и осмотры втулок только к моменту профилактических вскрытий.
У современных мощных судовых дизелей нижняя кромка поршня при положении его в в. м. т, уходит выше окон, поэтому можно осмотреть самый неблагополучный район втулки. Наличие штока не позволяет обмерить втулку обычным микроштихмасом, для этого нужно иметь штихмас с дугообразной средней частью, но зато еСть полная возможность замерить зазоры между тронком поршня и втулкой. Такие замеры нужно производить как можно чаще и сопоставлять их с величинами предыдущих замеров. Если в каком-либо районе втулки зазор между тронком поршня и втулкой достиг угрожающе малой величины и сопоставление предыдущих замеров показывает неуклонную тенденцию втулки к деформации именно в этом направлении, лучше всего сменить втулку. Хорошо оснащенный СРЗ сумеет восстановить ее геометрические формы. Кроме того, при каждой выпрессовке втулки следует тщательно обмерять все посадочные места блока. 

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.

Djohn2008 Store

  Доброго времени суток! Мы занимаемся продажей цифровых товаров с 2008 года и смогли завоевать отличную репутацию среди наших клиентов. В д...