Детали и заготовки, выполненные литьевым методом – основа машиностроения. Качество литейной продукции определяет конкурентоспособность изготовленного оборудования, техники, машин и агрегатов. Однако существует процент брака, что влечет за собой возрастание цен на конечную продукцию и производственные издержки на непредвиденные ремонты готового оборудования.
Проблемы качества литья в литейном производстве
Рассмотрим частые виды дефектов в литейных отливках? Возьмем усадку. Что это такое? Свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении во время затвердевания. Степень усадки зависит от химического состава стали – содержания кремния и углерода. Если в составе сплава концентрация этих элементов увеличена, то степень усадки становится меньше. Поскольку чем быстрее отводится тепло, тем сильнее усадка. Какие дефекты – следствие литейных ошибок:
- усадочные раковины;
- полости, которые спрятаны внутри отливки;
- сплавы и недоливы от неслившихся, но затвердевших во время заполнения формы потоков металла;
- перекос из-за неправильной центровки;
- горячие трещины, коробление, которые возникают из-за кристаллизации или при затвердевании горячего металла;
- трещины, вызванные превышением количества серы, микропримесей, газов;
- дефекты структуры, поверхности, контура и габаритных размеров отливки;
- несоответствие металла изделия заданному химическому составу.
Для того, чтобы обеспечить низкий процент брака продукции, выпускаемой в продажу, внедряйте менеджмент качества отливок и контроль сплавов.
Методы контроля и приборы в системе менеджмента качества литейного производства
При создании конкурентоспособной продукции используются приборы контроля литья и сплавов различного типа. Кратко рассмотрим задачи, направленные на оценку характеристик качества металла.
В литейной промышленности для выплавки чугуна или в сталеплавильном деле при создании легированных сталей выполняют анализ металлов на вязкость, состав основных оксидов и окисленность шлака на количество SiO2, FeO, MnO, CaO. Основность находят проверкой электропроводности. Чтобы точно представлять химический состав применяют анализ спектров металла. Объектами исследования выступают металлы и сплавы с основами (Fe, Al, Cu, Zn, Pb, Sn, Sb, Ni, Ti, Co, Mg). Вариант приборов для исследования качества стали и чугунов – спектрометры.
Окисленность металла определяют по цвету порошка пробы шлака; ударную вязкость – визимитром. Термоэлектрические пирометры и термопары погружения с датчиками, контактирующими с жидким металлом, контролируют температуру сплавов и металла.
После внешнего осмотра и выбора отливок для контроля, профилометром оценивают шероховатость заготовки, проверяя соответствует ли изделие предписанным требованиям и нормативами. Оценивают отклонения изделия от заявленных размеров, измеряют область дефектов.
Отливки, предназначенные для работы под давлением, такие как вентили, задвижки или корпуса насосов проверяют на герметичность. Для поиска скрытых дефектов заготовок применяют способы неразрушающего контроля. Иногда спектральные методы единственный возможный способ проверить изделие на пример дефектов, не разрушая целостности.
Контроль термообработки выполняют заданием термовременного режима операции. Для этого используются термопары с потенциометрами, которые графически демонстрируют процессы термической обработки. Результаты подтверждают проверкой механических свойств или металлографическим контролем микроструктуры.
Спектральные приборы для анализа литья
Современные спектральные приборы – это ряд достоинств, которые в корне отличаются от прежних дешевых стилоскопов, способных только на количественный анализ содержания примесей в металле путем визуальной оценки интенсивности линий спектра. Для количественного атомно-эмиссионного анализа чугунных отливок пользуются фотоэлектрическим спектральным анализом. Чаще всего для контроля литья анализируются примесные и легирующие элементы за исключением углерода. Однако разработан ряд приборов для точного определения количественного содержания углерода, фосфора и серы. Компания «Искролайн» представляет две модификации спектральных приборов для анализа качества металлов и контроля литья. К ним относятся:
- Рентгено-флуоресцентный спектрометр. Приборы этого типа выполняют количественный анализ содержания химических веществ в металлах. Действие основано на излучении рентгеновской трубки и возбуждении атомов вещества, предоставленного для исследования. Рентгенофлуоресцентный принцип работы применяется в конструкции портативных ручных анализаторов металлов РФА.
- Атомно-эмиссионный спектрометр. Работа построена на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой среде с использованием плазмы как источника света, например, плазму электрической искры или дуги. Прибор анализирует состав металлов и сплавов, присутствие в них примесей. Представитель класса атомно-эмиссионных спектрометров – «Искролайн-300», работающий в спектральном диапазоне 174-930 нм.
Проверка количественного состава углерода в чугуне также может проводится с помощью дорогих и выполняемых в лабораториях инфракрасно-абсорбционного, кулонометрического или газообъемного методов.
Спектральные приборы, для оценки качества литья, обладают рядом достоинств:
- стабилизированный источник разряда;
- регулируемый электронным детектором спектр;
- компьютерная обработка результатов с использованием современных программ;
- изучение спектра в вакуумной-ультрафиолетовой и ультрафиолетовой области спектра;
- точность показаний по требованиям ГОСТ с десятикратным запасом по нормативам;
- нижний предел обнаружения химических элементов – 0,0001%.
Проблематика контроля литья и особенностей производства
Потребность в получении отливок премиум-качества с особенными свойствами поверхности постоянно растет. К ним относятся:
- высокая плотность;
- однородность материала;
- отсутствие надрезов и повышенных местных напряжений, сконцентрированных в одном месте.
В этих случаях недостаточно выполнить проверку качества простым определением структуры материала и подтвердить свойства. Иногда необходимо знать эксплуатационные параметры:
- коррозию под напряжением;
- герметичность;
- сопротивление знакопеременным нагрузкам.
Для подтверждения эксплуатационных способностей оценивают работоспособность изделий в условиях, приближенных к действительным. Для получения достоверного результата необходимы лабораторные условия, наличие:
- испытательного стенда;
- имитатора нагрузок;
- идентичности рабочей среде условий эксплуатации;
- соблюдения температурного режима.
Для подтверждения качества отливок премиум-сегмента необходимы статистические методы управления качеством, выявляющие дефекты текущего производства для их устранения.Способ повышения контроля качества – спектральные методы анализа. Оптические и рентгеновские спектрометры анализаторы качества служат для экспресс-анализа химического состава и определения марок металлов.
Оборудования серии «Искролайн» для литейного производства
Качественный и количественный анализ металлов спектральными приборами выполняют анализом спектра поглощения. Образы металлов обладают спектром, который представляет собой набор характеристических линий, по которым определяют элементы. Количественный анализ оценивается по интенсивности спектральных линий. Таким образом определяют процентное содержание химического элемента в исследуемом образце. В литейном производстве используются искровые анализаторы:
Данные приборы относятся к спектрометрам, основанным на атомно-эмиссионном спектральном анализе. Главные преимущества приборов Искролайн:
- работа в расширенном спектральном диапазоне, что определяет количество химических элементов;
- невысокие пределы обнаружения;
- удобство и оперативность работы;
- количественный анализ металлов и сплавов;
- одновременное определение до 70 элементов со спектральными линиями в диапазоне 167 – 460 нм, включая углерод, фосфор и серу с разрешением спектральных линий 0,02 – 0,04 нм;
- определение микропримесей и растворенных газов проводится не более минуты.
Образцы проб, например, алюминиевых сплавов отбираются из расплавов или конечных продуктов. Классический подход взятие пробы в литейном производстве – отбор пробы из ванны с расплавленным металлом с использованием тестовой ложки и помещением металла в специальную медную изложницу (Кокиль). Изготовленная из меди, изложница обеспечивает быстрое охлаждение и способствует получению гомогенных проб, которые являются хорошим способом избежать ошибочного результата, так как кристаллическая мелкозернистая структура гарантирует точность, воспроизводимость результата.
Кроме того, аналитические устройства лабораторного класса «Искролайн 300» и настольный спектрометр «Искролайн 100» включены в Государственный реестр средств измерения России, Белоруссии и Казахстана, что подтверждает уровень исполнения аналитического прибора и отлично годится в штатное оборудования для литейного производства.
