Дефекты металлических изделий: причины появления и методы выявления

25.04.2025

Время на чтение минут

Автор:
Пресс-центр ООО "Технологии приборостроения"

Производственный процесс изделий из металла представляет собой сложную цепочку технологических операций, каждая из которых может повлиять на итоговое качество продукции. При механической, термической или химической обработке металл может приобретать нежелательные изменения.

Классификация дефектов металлических изделий

Дефекты ухудшают ключевые физико-механические свойства металлов — прочность, электропроводность, пластичность, плотность и другие характеристики. По масштабу различают:

• Структурные дефекты на атомарном уровне (вакансии, дислокации и пр.);
• Микро- и макродефекты, нарушающие целостность или однородность изделия.

Причинами дефектов могут быть технологические ошибки, нарушение режимов обработки или сложность в работе с многокомпонентными сплавами. При отклонении от нормативов изделие может снижать сортность или попадать в брак.

Важно: не каждый дефект считается критичным. Некоторые не влияют на эксплуатационные свойства и могут быть допустимы при определенных условиях нагрузки.

Методы обнаружения дефектов

Для выявления скрытых и видимых дефектов применяются три основных уровня анализа:

1. Субмикроскопический анализ
   Используется для изучения межзеренных границ, выявления зон с недостаточным питанием при кристаллизации или наличием нерастворимых включений, таких как фосфор.
2. Микроскопический анализ
   Микроскопы с увеличением >100× позволяют изучить структуру металла, балл зерна, включения серы, фосфора, оксидов и других неметаллических примесей. Это важный этап при контроле легированных и коррозионностойких сталей.
3. Макроанализ
   Предполагает визуальное изучение поверхности (увеличение до 30×). Позволяет обнаружить макроскопические пороки, появившиеся в ходе производства, отливки или хранения. Часто используется для оперативной оценки пригодности изделия.

Дефекты, возникающие при литье

Типовые внешние проявления:

Пригар — остатков формовочной смеси на изделии;

Приливы — избыток металла на стыках формы;

Заливы, подутость, наросты, просечки — следствие плохой сборки формы или нарушения технологии заливки.

Поверхностные пороки:

Засоры — включения шлаков, земли;

Ужимины — впадины из-за неравномерного уплотнения формы;

Спаи и плены — недостаточная температура металла при заливке;

Морщинистость, выпот, корольки — нарушения химического состава;

Коробление — результат неравномерного охлаждения.

Трещины при литье:

• Горячие — при кристаллизации, от усадочного напряжения;
• Холодные — при пониженной температуре, имеют прямолинейный вид;
• Межкристаллические — возникают в сплавах с неметаллическими включениями.

Газовые дефекты:

• Ситовидная пористость — множество мелких пузырьков;
• Газовые раковины — крупные пустоты от объединения пузырьков.

Дефекты при пластической деформации

Обработка давлением или прокатка могут вызвать следующие виды повреждений:

Надрывы и сквозные разрывы — результат внутренних напряжений или дефектов заготовки.

Наколы, вмятины, забоины — от попадания частиц или механических воздействий.

Отпечатки, задира, риски, царапины — следы контакта с неисправным оборудованием.

Потертость, налип, закаты — результат трения или загрязнения инструмента.

Также встречаются:

Пережоги — из-за превышения температуры;

Расслоения и плены — внутренние дефекты, выявляемые при термообработке;

Чешуйчатость, рябизна, смятая поверхность — от избыточной деформации;

Изломы — при перегибах или транспортировке.

Типичные отклонения формы и поверхности:

Недотрав и перетрав — нарушения в химической обработке поверхности;

Пятна загрязнений, коррозии, цвета побежалости — следы воздействия агрессивной среды или нарушения режима обработки;

Кольцеватость, следы плавки — характерны для круглых заготовок;

Омеднение — покраснение участков от медных включений;

Серповидность, овальность, разностенность, разнотолщинность — геометрические отклонения формы;

Фестоны — волнистые выступы по краям при штамповке.

Современные методы неразрушающего контроля дефектов

Помимо традиционных микроскопических и макроскопических исследований, сегодня активно применяются неразрушающие методы контроля (НК). Эти технологии позволяют выявлять скрытые дефекты без повреждения изделия. Ниже представлены основные из них:

1. Ультразвуковой контроль (УЗК)
   Основан на прохождении ультразвуковых волн через металл. Изменения амплитуды или отражения сигналов свидетельствуют о наличии дефектов, таких как трещины, пустоты, расслоения. Метод эффективен при контроле сварных швов, толстостенных конструкций и крупных заготовок.
2. Радиографический (рентгеновский и гамма-контроль)
   Использует рентгеновские или гамма-лучи для "просвечивания" металлических изделий. На пленке или в цифровом изображении дефекты проявляются как затемнения или светлые пятна.
3. Магнитопорошковый контроль
   Применяется для ферромагнитных материалов. Изделие намагничивают, и в зонах с дефектами (трещины, надрывы) возникают магнитные поля рассеивания. Порошковый индикатор (сухой или в суспензии) собирается в этих зонах, указывая на проблему.
4. Вихретоковый контроль
   Метод основан на генерации вихревых токов в металле при воздействии электромагнитного поля. Нарушения в плотности или сплошности материала вызывают изменение сигнала. Применяется для оценки поверхностных и подповерхностных дефектов, особенно в деталях с малыми габаритами.
5. Капиллярный контроль
   Эффективен для обнаружения поверхностных трещин. На изделие наносят проникающий индикатор, который проникает в дефект, затем излишки удаляют, а на поверхность наносят проявитель. В местах дефектов проявляется окрашенная линия или пятно.
6. Термический (инфракрасный) контроль
   Использует тепловизоры для определения неоднородностей в теплопроводности. Подходит для оценки напряжений, расслоений и внутренних пустот в изделии.