Fascicul 8

Embed Size (px)

Citation preview

  • 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.