Menu

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПОРИСТОСТИ ЛИТЫХ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В. С. Шлычкова, И. П. Старченко, Е. Я. Агапова


Наиболее существенный вид брака при выпуске ювелирных изделий, изготовляемых методом литья, — пористость.

В табл. 1 приведены данные по ЛПО «Русские самоцветы», характеризующие относительное количество брака по порам к общему количеству брака, выявляемому на основных технологических операциях. Как видно по данным табл. 1, на заключительной операции обработки — полировке вскрывается наиболее значительная часть брака по порам.

Таблица 1

Относительное количество брака по порам к общему количеству брака, выявленному на технологических операциях, %

Наименование операции Проба сплава золота
583 750
Литье 51,3 11,7
Монтировка 2,1 9,5
Закрепка 11,8 -
Полировка 34,8 78,8

Для снижения трудозатрат при переработке литых заготовок целесообразно было бы проводить более жесткую, чем при визуальном контроле, отбраковку литых заготовок, но для этого необходимо разработать количественную методику оценки пористости.

Действующий в настоящее время стандарт [1] предлагает несколько методов для определения загрязненности неметалли¬ческими включениями сталей и сплавов. Наиболее приемлемый метод для оценки качества металла ювелирных изделий — метод П 1, позволяющий подсчитывать количество и объемный процент неметаллических включений (пор). Количество и раз¬мер включений по группам определяют путем просмотра нетравленпых шлифов деформированного пли литого металла при увеличении 280 - 300х. В зависимости от цели исследования в каждом поле зрения подсчитывают количество всех включений или количество включений определенного размера и вида

В [2, 3] приводятся данные объемных процентов загрязнен¬ности сплава СрМ 875 п ЗлСрМ 583-80 централизованной поставки. Средняя величина объемного процента загрязненности для сплава золота и серебра составила 0,05 - 0,06%, обсчет проводили по 20 и 10 полям зрения. Эти данные могут быть полезны для сравнения с величинами загрязненности отливок.

Рис. 1. Микрошлнфы (увеличение 280х):
а — поле зрения шлифа. Видна усадочная пора размером около 90 мкм и мелкая газовая пористость. Пора воспринимается контролером ОТК как весьма крупная; б — поле зрения шлифа. Видны усадочные поры и мелкая газовая пористость. Пора размером 70 мкм воспринимается глазом как крупная, другая пора размером около 30 мкм тоже заметна.

Различимость пор

ОСТ 25 565—81 на изделия ювелирные [4], п. 2.2.2, не допускает на их лицевых поверхностях сыпи и более двух рассредоточенных пор диаметром более 0,4 мм каждая. Метод контроля (п. 4.1.) — визуальный, при естественном освещении, или в свете электрической лампы мощностью 30 - 40 вт, отстоящей от изделия на расстоянии 250 - 300 мм.

Контролеры ОТК при разбраковке готовых изделий руководствуются, с одной стороны, требованиями упомянутого уже стандарта, с другой, практически устоявшимися требованиями, которые значительно жестче, но зато обеспечивают сравнительно низкий по отрасли процент потерь от штрафов за поставку некачественных изделий.

Теоретически глаз человека способен отличать точку, образующую сферический угол в 1 мин (α=1’) [5]. Если считать, что деталь рассматривают на расстоянии 30 см от глаза (R), то линейная величина l, которую различает глаз, составит

или, подставляя числовые значения,

Наметанный глаз контролера ОТК различает, по-видимому, и более мелкие поры, так как расстояние может быть сокращено и до 10 см, когда становятся видны поры размером 0,03 мм, или 30 мкм.

На рис. 1 а,б показаны шлифы, при визуальном просмотре которых контролеры ОТК отличали не только крупные, но и мелкие поры, размером 30 мкм.

На Одесском ювелирном заводе контролеры проверяют качество металла с помощью лупы четырех- и шестикратного уве¬личения. Таким образом, бракуются изделия, имеющие поры 5 - 7 мкм. При разбраковке готовых изделий экспортного исполнения контролеры пользуются лупой с десятикратным увеличением, следовательно, могут браковать изделия, имеющие поры величиной ~3 мкм.

Различимость пористости в зависимости от метода контроля представлена в табл. 2.

Таблица 2

Различимость пористости

Метод контроля Величина пор, мкм Оценка пористости
Визуальный 30 - 90 Теоретическая при изменении расстояния до предмета от 10 до 30 см
» 90 На полированной поверхности пора воспринимается контролером ОТК, как крупная, ЛПО «Русские самоцветы»
» 70 То же
» 30 Пора видна
Лупа:
4 — 6х
5 - 7,5 Метод контроля на Одесском ювелирном заводе
10х 3 На изделиях экспортного исполнения
Микроскопический 1 - 30 При металлографическом анализе

Определение неметаллических включений в ювелирных отливках стандартным методом П 1

Поскольку на полированной поверхности выявляются как крупные, так и мелкие, в виде сыпи, поры, а также неметаллические включения различных видов (окислы, сульфиды и пр.), то при отработке методики определения загрязненности следовало учитывать включения всех видов и размеров.

Размер включений на шлифах определяют с помощью окулярной шкалы по группам (табл. 3).

Таблица 3

Размеры включений (по ГОСТ 1778-70)

Группы включений Средняя значимость для групп по площади включений Размер включения в делениях окулярной шкалы по диаметру Размер включения, мкм
1 1/4 0,5 - 0,7 1,8 - 2,5
2 1/2 0,7 - 0,9 2,5 - 3,2
3 1 0,9 - 1,3 3,2 - 4,6
4 2 1,3 - 1,9 4,6 - 6,8
5 4 1,9 - 2,7 6,8 - 9,6
6 8 2,7 - 3,8 9,6 - 13,6
7 16 3,8 - 5,4 13,6 - 19,3
8 32 5,4 - 7,6 19,3 - 27,1
9 64 7,6 - 10,7 27,1 - 38,1
10 128 10,7 - 15,2 38,1 - 54,2
11 256 15,2 - 21,4 54,2 - 76,4
12 512 21,4 - 30,3 76,4 - 108,2
13 1024 30,3 - 42,9 108,2 - 153,2

Примечание:

1. Увеличение 280х

2. Группы построены по принципу возрастания площади включений в геометрической прогрессии с множителем 2.

При круглой или квадратной форме включений их размер определяют соответственно диаметром или стороной квадрата. При определении размера включений овальной или неправильной формы подсчитывают среднее арифметическое минимального и максимального размеров, принимая этот размер за диаметр включения.

Включения фиксируют по группам и записывают в таблицу (табл.4).

Для подсчета площади, занятой включениями на шлифе, количество включений каждой группы умножают на среднее значение площади включений данной группы и полученные произведения по всем группам суммируют. Среднюю площадь включений fср в одном поле зрения вычисляют по формуле

где f — общая площадь включений в делениях окулярной шкалы;

п — количество полей зрения.

Содержание включений в объемных процентах о вычисляют по формуле

где К — коэффициент, характеризующий площадь поля зрения на шлифе, является постоянной величиной для данного микроскопа и увеличения [1].

Для микроскопа МИМ-8, имеющегося во ВНИИювелирпроме, при увеличении 280х К составляет 0,0098. Вычисления объемного процента загрязненности производят с точностью по 0,0001. В нашем примере объемный процент включений составил 0,1960% (см. табл. 4): v= 200-0,0098 = 0,1960.

Оценка первого определения может отличаться от оценки второго определения на величину ошибки, которая зависит от степени загрязненности металла и количества полей зрения, принятых для исследования.

Размер включений на шлифах определяют с помощью окулярной шкалы по группам (табл. 3).

Таблица 4

Протокол замера включений

Группа включений Количество включений в полях зрения* Включений на оцененных полях зрения Средняя значимость для групп по площади включения Площадь включений в делениях окулярной шкалы в квадрате
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 56 61 60 73 69 56 57 69 71 82 654 1/4 164
2 1 2 5 3 - - 6 1 - 4 22 1/2 11
3 - - - - - 7 - - - - 7 1 7
4 3 - - 1 - - 2 - - 1 7 2 14
5 - - - - - - - - - 1 1 4 4
6 - - - - - - - - - - - 8 -
7 - - - - - - - - - - - 16 -
8 - - - - - - - - - - - 32 -
Всего: 200

* Число полей зрения может быть увеличено. Для подсчета площади, занятой включениями на шлифе, количество включений каждой группы умножают на среднее значение площади включений данной группы и полученные произведения по всем группам суммируют. В данном примере площадь включений составила 200 квадратных делений окулярной шкалы

Опробование методики проводили на образцах от трех партий отливок. Изделия шифра 00136, предназначенные на экспорт, изготовляли из белого золота марки ЗлМНЦ 750. Обработку металла вели в сопровождении маршрутных карт, что позволило установить коэффициент выхода годного от операции литья. Технологические особенности сравниваемых плавок и проценты выхода годного даны в табл. 5.

Таблица 5

Технологические характеристики исследуемых плавок

Номер
плавки
Характери-
стика плавки
Литье Монтировка.
Выпущено годных
Отлито Брак
шт. шт. % шт. %
1216 0,05 Cd 49 32 65 2 4,1
1219 Без
раскисления
39 21 54 0 0
1224 0,1 Cd 43 16 33 12 24,5

Определение загрязненности неметаллическими включениями первоначально провели по 10 полям на шлифах торцовых поверхностей шинок, одинаково ориентированных по отношению к питателям. Площадь шлифов составила ~10 мм2.

Результаты подсчета количества включений и объемного процента загрязненности по трем плавкам приведены в табл. 6. По этим данным видно, что наибольший процент загрязненности имеет плавка № 1219, проведенная по принятой в цехе технологии, без раскисления. Гораздо ниже загрязненность на плавке № 1216, раскисленной 0,05% кадмия. У плавки № 1224, раскисленной 0,1% Cd при правильном режиме раскисления, минимальный процент загрязненности неметаллическими включениями — 0,1323%. Кроме того, ни на одном из просмотренных полей зрения шлифа от плавки № 1224 не найдено крупных пор, размером более 10 мкм, относящихся к шестой группе включений, в отличие от двух других плавок.

Сопоставляя данные табл. 5 и 6, можно заметить, что выход годного коррелируется с показателями объемного процента загрязненности шлифов.

Таблица 6

Подсчет количества включений и процента загрязненности неметаллическими включениями на шинках шифра № 00136

Номер плавки Группа включений Количество включений в полях зрения Всего включений Площадь включений Объемный % загрязненности включениями
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1216 1 38 37 32 47 45 34 37 35 64 57 426 107 0,1049
2 6 18 - 5 - 14 2 - 5 1 51 26 0,0696
3 - - - - 5 - - - - - 5 5
4 2 6 8 2 - - - - - - 18 36
5 - - - - - - 1 - - - 1 4
6 - - - - - - - - 1 - 1 8 0,0235
7 - - - - - - - 1 - - 1 16
8 - - - - - - - - - - - -
Всего: 202 0,1980
1219 1 24 34 - 46 26 40 38 34 23 19 284 71 0,0696
2 2 - 6 1 - - 5 - - 5 19 10 0,0255
3 - - - - 6 2 - 2 4 - 14 14
4 - - - - - - - - - 1 1 2
5 - - - - - - - - - - - -
6 - - - - - - - - - - - - 0,2979
7 - - 3 - - - - - - - 3 48
8 4 - 4 - - - - - - - 8 256
Всего: 401 0,3930
1224 1 38 27 47 44 48 52 49 47 35 46 433 108 0,1058
2 8 - 5 1 - 1 2 2 6 - 25 13 0,0265
3 - 6 3 1 - - - - - 2 12 12
4 - - - - - - - - 1 - 1 2
5 - - - - - - - - - - - -
6 - - - - - - - - - - - - -
7 - - - - - - - - - - - -
8 - - - - - - - - - - - -
Всего: 135 0,1323

Таблица 7

Процент загрязненности неметаллическими включениями с разбивкой по группам включений

Номер плавки Группа включений Характеристика шлифа
номер размер, мкм Шинка Контрольная лопатка
Кромка, послойное шлифование Плоскость, послойное шоифование Противоположная кромка,
пoслойное шлифование
после термообработки
I II II IV* V* I** II** I II
Съем, мм
0,05-0,15 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,15 0,25 0,14 0,24
1216 1 до 2,5 0,1049 0,1607 0,2146 0.1759 0,1444 0,1346 0,2029 0,1372 0,1362 0,0990
2-8 >2,5 0,0931 0,0353 0,0980 0,0858 0,0581 0,0444 0,0318 0,1019 0,0520 0,1149
3-8 >3,2 0,0676 0,0245 0,0862 0,0637 0,0415 0,0284 0,0196 0,0823 0,0157 0,0519
4-8 >4,6 0,0627 0,0176 0,0784 0,0372 0,0274 0,0143 0,0167 0,0706 0,0039 0,0137
5-8 >6,8 0,0274 0,0039 0,0510 0,0078 0,0091 0,0039 0 0,0314 0 0
6-8 >9,6 0,0235 0 0,0235 0 0,0052 0 0 0,0039 0 0
7-8 >13,6 0,0157 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8 >19,3-27,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Всего: 0,1980 0,1960 0,3126 0,2617 0,2025 0,1790 0,2347 0,2391 0,1882 0,2139
1219 1 до 2,5 0,0696 0,1078 0,2264 0,1842 0,1558 0,1300 0,1597 0,1259 0,1529 0,1215
2-8 >2,5 0,3234 0,3567 0,2166 0,0647 0,0938 0,0808 0,2773 0,1583 0,1127 0,1169
3-8 >3,2 0,3136 0,3528 0,1911 0,0451 0,748 0,0696 0,2744 0,1392 0,0813 0,0372
4-8 >4,6 0,2999 0,3469 0,1862 0,0517 0,0614 0,0497 0,2744 0,1382 0,0686 0,0216
5-8 >6,8 0,2979 0,3450 0,1646 0 0,0457 0,0274 0,2744 0,0921 0,0470 0,0036
6-8 >9,6 0,2979 0,3136 0,1254 0 0,0418 0,0261 0,2744 0,0470 0 0
7-8 >13,6 0,2979 0,3136 0,1254 0 0,0418 0,0209 0,2666 0,0470 0 0
8 >19,3 0,2509 0,3136 0,1254 0 0,0418 0 0,2666 0,0470 0 0
Всего: 0,3930 0,4645 0,4430 0,2489 0,2496 0,2198 0,4371 0,2842 0,2656 0,2381
1224 1 до 2,5 0,1058 0,1450 0,1754 0,1911 0,1346 0,1480 0,1695 0,1117 0,1740 0,1041
2-8 >2,5 0,0265 0,314 0,0902 0,1078 0,0376 0,1042 0,0720 0,1289 0,0466 0,0637
3-8 >3,2 0,0137 0,0235 0,0735 0,0862 0,0245 0,0882 0,0662 0,1005 0,0176 0,0137
4-8 >4,6 0,0020 0,0176 0,0666 0,0617 0,0150 0,0725 0,0647 0,0941 0,0078 0,0039
5-8 >6,8 0 0 0,0431 0,0539 0,0026 0,0444 0,627 0,0333 0 0
6-8 >9,6 0 0 0,0078 0,0314 0 0,0418 0,0627 0 0 0
7-8 13,6> 0 0 0 0,0314 0 0,0418 0,0627 0 0 0
8 >19,3 0 0 0 0,0314 0 0,0418 0,0627 0 0 0
Всего: 0,1323 0,1764 0,2656 0,2989 0,1722 0,2522 0,2416 0,2406 0,2206 0,1678

*Средние значения по 30 полям зрения

**То же, по 20 полям зрения

Остальные значения по 10 полям зрения

Таблица 8

Процент загрязненности неметаллическими включениями с разбивкой по группам включений

Номер плавки Группа включений Характеристика шлифа
номер размер, мкм Шинка Контрольная лопатка
Кромка, послойное шлифование Плоскость, послойное шоифование Противоположная кромка,
пoслойное шлифование
после термообработки
I II II IV* V* I** II** I II
Съем, мм
0,05-0,15 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,15 0,25 0,14 0,24
1216 1 до 2,5 426 654 877 718 590 549 828 560 556 405
2-8 >2,5-27,1 77 37 56 89 59 53 37 79 88 174
3-8 >3,2-27,1 26 15 32 44 25 20 12 36 14 46
4-8 >4,6-27,1 21 8 24 17 11 6 9 28 2 7
5-8 >6,8-27,1 3 1 10 2 2 1 0 8 0 0
6-8 >9,6-27,1 2 0 3 0 1 0 0 1 0 0
7-8 >13,6-27,1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8 >19,3-27,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1219 1 до 2,5 284 440 925 751 636 532 653 513 624 495
2-8 >2,5-27,1 45 32 82 78 63 75 15 77 7100 189
3-8 >3,2-27,1 26 25 30 38 24 34 10 38 36 26
4-8 >4,6-27,1 12 19 25 8 10 13 10 37 23 10
5-8 >6,8-27,1 11 18 14 0 2 2 10 13 12 1
6-8 >9,6-27,1 11 10 4 0 1 2 10 2 0 0
7-8 >13,6-27,1 11 10 4 0 1 1 9 2 0 0
8 >19,3-27,1 3 10 4 0 1 0 9 2 0 0
1224 1 до 2,5 433 592 717 780 548 605 693 455 710 425
2-8 >2,5-27,1 38 31 62 78 43 65 18 104 73 114
3-8 >3,2-27,1 13 15 29 35 17 32 4 46 14 12
4-8 >4,6-27,1 1 9 22 11 7 16 3 39 4 2
5-8 >6,8-27,1 0 0 10 7 1 2 2 8 0 0
6-8 >9,6-27,1 0 0 1 1 0 1 2 0 0 0
7-8 >13,6-27,1 0 0 0 1 0 1 2 0 0 0
8 >19,3-27,1 0 0 0 1 0 1 2 0 0 0

*Средние значения по 30 полям зрения

**То же, по 20 полям зрения

Остальные значения по 10 полям зрения

Для проверки полученного вывода были изучены контрольные лопатки от тех же плавок. Необходимо было выяснить: как по глубине распределяется пористость; оценить влияние термообработки на количество и размер пор; проверить сходимость результатов при различном ориентировании поверхности шли¬фов и различном месте отбора образцов; установить относительную ошибку при определении объемного процента загрязненности или количества включений.

На контрольных лопатках шлифы изготовляли по длинной кромке с пятикратной послойной перешлифовкой, по 0,10 мм съема за каждую перешлифовку; по поверхности лопатки с двукратной перешлифовкой, то же по противоположной длинной кромке после проведения цикла термообработок.

Цикл термообработки включал нагрев горелкой до температуры пайки ~850°С и последующий отжиг в печи «Соло» при температуре 760°С и скорости конвейера 25 см/мин. Цикл проводили четырехкратно.

Величину снятого слоя контролировали на микроскопе по изменению перпендикулярно расположенной к шлифу поверхности образца.

В табл. 7 даны результаты подсчета объемного процента загрязненности неметаллическими включениями с разбивкой по группам, а в табл. 8 — результаты подсчета количества включений.

Для удобства сравнения показателей загрязненности структуры отливок в табл. 7, 8 введены также данные анализа образ¬цов, приведенные ранее в табл. 6.

Определение относительной ошибки при оценке объемного процента неметаллических включений

И соответствии с приложением 10 к ГОСТ 1778—70 вычислим относительную ошибку при определении суммарного объемного процента загрязненности и объемного процента загрязненности при исключении из обсчета самых мелких включений размером менее 2,5 мкм.

Влияние числа полей зрения. Сравним показатели в каждом . из трех измерений по 10 полям на плавке № 1216 при съеме 0,40 и 0,50 мм (табл. 9) и рассчитаем относительную ошибку определения.

Таблица 9

Данные для расчета относительной ошибки определения объемного процента неметаллических включений на плавке 1216 по 10 полям зрения *

Группа включений Объемный процент неметаллических включений при съеме, мм
0,40 0,50
1 0,1480 0,1421 0,1431 0,1362 0,1352 0,1323
2-8 0,0735 0,0617 0,0392 0,0333 0,0451 0,0549
Всего хi 0,2215 0,2038 0,1823 0,1695 0,1803 0,1872

* Исследование проводилось трижды.

Среднее арифметическое объемного процента неметаллических включений составит

где n — число образцов;

— суммарное содержание включений в об.%.

Ошибку σох при подсчете содержания включений в об.% вычисляют по формуле

где σ — среднее квадратичное отклонение

где — сумма квадратов отклонений от среднего значения количества включений, об.%.

Отклонение а равно

Относительная ошибка равна

Итак, при обсчете относительная ошибка определения объемного процента неметаллических включений всех видов и раз¬меров на образце от плавки № 1216 составила 5,6%.

Оценим относительную ошибку при исключении из подсчета самых мелких включений и пор размером до 2,5 мкм

Относительная ошибка составит

Как показывает расчет, если при оценке объемного процента загрязненности не учитывать мельчайшую пористость, относительная ошибка возрастает почти втрое. Результаты аналогично проведенных расчетов для образцов других плавок приведены в табл. 10.

Таблица 10

Относительные ошибки определения объемного процента неметаллических включений

Характеристика шлифа Номер плавки Относительная ошибка, %
с обсчетом всех включении с исключением
при обсчете включений
размером до 2,5 мкм
Съем, мм:
0,40
1216 5,6 17,3
1219 15,5 33,9
1224 4,1 1,8
0,50 1216 2,8 10,5
1219 3,5 4,1
1224 3,2 14,2
0,05-0,15
(первое шлифование)
1216 6,5 25,7
1219 4,8 23,1
1224 17,3 13,2

Как видно по данным табл. 10, максимальная ошибка при обсчете по 10 полям зрения включений всех видов и размеров составляет 15,5%, а при исключении из обсчета мельчайших включений размером до 2,5 мкм — 33,9%.

Максимальные ошибки характеризуют плавку № 1219, имеющую и самую высокую загрязненность по сравнению с другими плавками.

Влияние числа образцов и места их отбора. В табл. 7, гр. 4, 5, 10 приведены данные загрязненности образцов, отобранных из разных мест по стояку отливки (шинка и контрольная лопатка) и разном съеме при изготовлении шлифов. Поскольку величину съема (см. табл. 7) при изготовлении шлифа от шинки не контролировали, примем его в пределах 0,05 - 0,15 мм по аналогии с двумя другими шлифами, отнесенными к первому слою шлифования.

Сравнение загрязненности шлифов от шинки, по кромке и по поверхности лопатки одной и той же плавки показало, что максимальная относительная ошибка при учете всех включений составила 17,3%, а если пренебречь самыми мелкими включениями — 25,7% (см. табл. 10).

Проведенная работа позволяет сделать вывод, что при обсчете объемного процента неметаллических включений всех видов и размеров по одному образцу и 10 полям зрения относительная ошибка анализа не превысит 20%.

Величина ошибки зависит от степени загрязненности металла: чем выше загрязненность, тем выше относительная ошибка анализа.

Определение относительной ошибки при оценке количества неметаллических включений

На шлифах ювелирных отливок встречаются, как правило, включения и усадочные поры размером не более 30 мкм, так как более крупные усадочные поры выходят на поверхность и отливки отбраковываются на визуальном контроле. Прежде чем делать выводы о допустимости или недопустимости на шлифах пор и включений тех или иных размеров, следует оценить достоверность анализа.

Ход определения относительной ошибки аналогичен изложенному выше. Исходные данные дли расчета см. в табл. 8, результаты расчетов — в табл. 11. Как видно по ее данным, если обсчитывать количество включений 1—8 групп размером от 2,5 до 27,1 мкм, то максимальная относительная ошибка составит 20% и она будет относиться к наиболее загрязненной плавке № 1219. Если пренебречь самыми мелкими включениями и оценивать наличие включений 2—8 групп, то относительная ошибка возрастет до 28% и т. д.

Таким образом, более или менее достоверным можно считать определение загрязненности по количеству пор и включений размером более 3,2 мкм, т. е. относящихся к 3—8 группам включений, так как максимальная относительная ошибка в данном случае составляет 31 %.

Таблица 11

Относительные ошибки при определении количества неметаллических включений, %

Характеристика шлифа Номер плавки Подсчет по группам включений
1 2-8 3-8 4-8 5-8 1-8
Съем, мм:
0,40
1216 1,3 17,0 15,2 15,5 70,7 2,1
1219 2,5 2,3 27,7 33,0 67,0 2,2
1224 5,8 8,8 25,3 14,2 40,0 5,8
0,50 1216 1,0 9,4 22,5 34,7 40,0 0,1
1219 3,6 10,1 8,8 18,2 40,0 3,2
1224 3,9 2,3 6,2 5,7 41,0 3,3
0,05-0,15
(первое шлифование)*
1216 18,3 6,7 24,0 27,7 70,0 13,7
1219 23,0 28,0 26,0 19,6 19,3 20,0
1224 13,0 20,0 31,0 55,8 98,0 11,7

** Возрастание относительной ошибки может быть объяснено тем, что съем при первом шлифовании шинки был произвольным; по кромке было снято 0,10 мм; по плоскости — 0,15 мм.

Расположение пористости в ювелирных отливках

Известно, что меняя температурные режимы литья, технологи могут создать условия для получения более или менее плотных с поверхности отливок. Однако при монтировке и полировке вскрывается подкорковая пористость.

Рис. 2. Изменение объемного процента (υ, %) загрязненности литых лопаток с обсчетом включений всех видов и размеров в зависимости от величины снятого слоя
—плавка № 1216;-.-.- № 1219; ---№ 1224

Обсчет неметаллических включений при послойном шлифовании позволил установить, что наиболее загрязненная порами зона лежит на глубине ~0,10 - 0,20 мм от поверхности. При дальнейшем заглублении загрязненность неметаллическими включениями уменьшается и достигает более или менее устойчивого уровня при съеме ~0,30 мм (рис. 2).

Для плавки № 1219 загрязненность составила, %: 0,25; 0,25; 0,22 при съеме 0,30; 0,40 и 0,50 мм соответственно, тогда как при первом и втором шлифовании, при съеме 0,10 - 0,20 мм суммарная загрязненность составила 0,39; 0,46; 0,44 и 0,4371% (см. табл. 7, гр. 4 - 6, 10).

На плавках № 1216 и 1224, раскисленных кадмием, приповерхностная зона на глубине 0,10 - 0,20 мм значительно чище, чем на 1219, причем плавка 1224 несколько чище, чем 1216, а при заглублении до 0,30 мм загрязненность порами практически уравнивается на всех трех плавках (см. табл. 7, гр. 7—9).

Реальный съем металла с поверхности при производстве ювелирных изделий составляет 0,07 - 0,12 мм, поэтому наилучший показатель выхода годного при переработке трех партий оказался у плавки № 1224, имевшей самую низкую загрязненность неметаллическими включениями (см. табл. 7, гр. 4, 5, 10).

Следовательно, и методика оценки пористости должна предусматривать обсчет полей зрения, примыкающих к поверхности. Поскольку поле зрения при увеличении 280 составляет в диаметре ~0,4 мм, следует обсчитывать поля зрения, примыкающие к кромке отливки.

Рис. 3. Объемный процент загрязненности литых лопаток (υ, %) мельчайшей пористостью (размером до 2,5 мкм) в зависимости от величины снятого слоя
—плавка № 1216;-.-.- № 1219; ---№ 1224

Сравнение пористости, обсчитанное на шлифах по кромке и по плоскости лопаточки, позволяет сделать вывод, что существенной разницы в оценке загрязненности не видно, следовательно, предпочтительнее шлифы готовить на поперечных сечениях отливок, так как при этом легче выделить контрольную зону. Отливки ювелирных изделий содержат значительное количество мельчайшей пористости, причем, чем меньше значение суммарной загрязенности, тем значительнее доля, приходящаяся на мелкую пористость, размером менее 2,5 мкм, неразличимую глазом и при помощи лупы (см. рис. 3).

Таблица 12

Количество включений размером до 2,5 мкм на шлифах контрольной лопатки до и после термообработки

Номер плавки Величина съема
на образцах после
термообработки, мм
Количество включений на образцах Примечание*
до термообработки после термообработки
при съеме, мм среднее значение
0,10 0,20 0,30
1216 0,15 654 877 - 765 556 Сиижение на 27%
0,25 - 877 718 798 405 То же, на 49%
1219 0,15 440 925 - 663 624 » » на ~6%
0,25 - 925 751 838 495 » » на ~41%
1224 0,15 592 717 - 655 710 Увеличение на 8%
0,25 - 717 780 748 425 Снижение на 43%

*Относительную ошибку при определении числа пор размером менее 2,5 мкм см. в табл. 11, принимаем ее равной 23%.

Таблица 13

Количество включений размером до 2,5 мкм на шлифах контрольной лопатки до и после термообработки

Номер плавки Величина съема
на образцах после
термообработки, мм
Количество включений на образцах Примечание*
до термообработки после термообработки
при съеме, мм среднее значение
0,10 0,20 0,30
1216 0,15 37 56 - 47 88 Увеличение на 87%
0,25 - 56 89 73 174 То же, на 138%
1219 0,15 32 82 - 57 100 » » на 85%
0,25 - 82 78 80 189 » » на 136%
1224 0,15 31 62 - 47 73 » » на 55%
0,25 - 62 78 70 114 » » на 62%

*Максимальная относительная ошибка при определении числа пор размером более 2,5 мкм (см. табл. 11) составляет 28%, следовательно, данные табл. 13 показывают, что четырехкратная термообработка способствует возрастанию числа пор размером более 2,5 мкм.

Влияние пайки на загрязненность структуры литого металла

При выпуске ювелирных изделий неоднократно проводят операцию пайки газовой горелкой с последующим отжигом в конвейерной печи «Соло».

Необходимо было проверить, изменяется ли загрязненность структуры и количество пор в структуре литого сплава ЗлМНЦ 750 в процессе монтировки ювелирных изделий. При исследовании кратность паек была выбрана равной четырем. После прогрева газовой горелкой изделия проходили «отбел» в печи «Соло» при режиме: 760°С, 25 см/мин.

Анализ данных табл. 7 позволяет сделать вывод, что 4-кратная пайка с последующим отжигом в водородосодержащей среде не вызывает увеличения суммарного объемного процента загрязненности. Загрязненность самыми мелкими порами снизилась, что заметно на шлифах после повторного шлифования (табл. 12).

По данным табл. 12 видно, что 4-кратная термообработка способствует залечиванию пор размером до 2,5 мкм, особенно интенсивно на глубине ~0,25 мм. Замедление залечивания пор у поверхности можно объяснить механизмом диффузии газов в металл, имеющей место при пайке и отжиге в атмосфере водорода.

Максимальная относительная ошибка при определении числа пор размером более 2,5 мкм составляет 28% (см. табл. 11), следовательно, можно определенно утверждать, что 4-кратная тер¬мообработка способствует укрупнению мелких пор. При этом поры размером до 2,5 мкм коагулируют в более крупные, переходят во 2-ю группу включений размером 2,5 - 3,2 мкм (табл. 13). Аналогичное сопоставление числа пор размерами более 3,2 мкм не позволяет сделать определенных выводов о влиянии термообработки на их количество.

Таким образом, можно считать, что термообработка литых изделий в процессе производства ювелирных изделий по технологии, принятой на ЛПО «Русские самоцветы», вызывает рост количества пор размером 2,5 - 3,2 мкм, невидимых контролерами ОТК, так что утверждение ювелиров о том, что качественную отливку испортить при монтировке нельзя, придется признать обоснованным.

Сравнение качества исследуемых плавок по количеству пор на шлифах

Поскольку из исследуемых плавок изготовляли изделия на экспорт, браковочным признаком могло служить наличие пор размером более 3,2 мкм. Сравним плавки между собой по количеству пор на шлифах после первого шлифования (см. табл. 8, гр. 4, 5, 10, 12).

Сравнение показывает, что плавка № 1219 значительно хуже двух других плавок, а качественное различие № 1216 и 1224 становится ощутимым при обсчете числа пор размером более 4,6 мкм, или более 3,2 мкм (табл. 14).

Металлографическое исследование структуры отливок ювелирных изделий, полученных методом центробежного литья, с целью отработки методики количественной оценки загрязненности структуры металла неметаллическими включениями и газовыми и усадочными порами показало, что качество литого металла можно оценить объемным процентом загрязненности или числом включений определенных размеров. Установлено, что стандартную методику П 1 по ГОСТ 1778—70 можно при¬менить для оценки качества литого металла при следующих условиях:

— минимальная площадь шлифов — 5 мм2;

— минимальное число полей зрения — 10;

— образцом для исследования может служить образец-свидетель (лопатка), либо деталь, отбираемая от стояка с определенного уровня отливки;

— шлифом для исследования служит поперечное сечение образца-свидетеля или детали;

— обсчет включений всех видов и размеров следует вести вдоль кромки отливки при увеличении 280 -300х;

— при оценке объемного процента загрязненности или числа включений относительная ошибка определения составляет ±20%, при условии обсчета включений 1—8 групп. По мере исключения из обсчета включений 1, 1—2-й и т. д. групп ошибка возрастает.

Таблица 14

Сравнение качества исследуемых плавок по количеству пор

Номер Сумма пор Среднее число
пор на 1 шлиф
Условная
оценка
качества
Размер более 3,2 мкм
1216 26+15+12+14=67 17 II
1219 26+27+10+36 = 97 24 III
1224 13+15+4+14=46 12 I
Размер более 4,6 мкм
1216 21 + 8+9+2 = 40 10 П
1219 12+19+10+23 = 64 16 III
1224 1+9+3 + 4=17 4 I
Размер более 6,8 мкм
1216 3 + 1+0+0=4 1 II
1219 11 + 18+10+12 = 51 13 III
1224 0 + 0+2+0=2 0,5 I
Размер более 9,6 мкм
1216 2+0+0+0=2 0,5 I-II
1219 11 + 10+10+0 = 31 8 III
1224 0+0+2+0=2 0,5 I—II
Размер более 13,6 мкм
1216 1+0+0+0=1 - I
1219 11 + 10+9+0=30 8 III
1224 0+0+2+0 = 2 0,5 II
Размер более 19,3 мкм
1216 0 + 0+0+0=0 - I
1219 8+10+9+0=27 7 III
1224 0+0+2+0 = 2 0,5 II

Исследования качества отливок из сплава ЗлМНЦ 750, предназначенных на экспорт, по уточненной методике показали:

— в литых ювелирных деталях систематически встречаются дефекты размером до 30 мкм по диаметру, относящиеся к 1—8 группам включений по ГОСТ 1778—70;

— максимальная загрязненность дефектами отмечена на глубине до 0,20 мм от поверхности отливки;

— раскисление расплава ЗлМНЦ 750 кадмием в количестве 0,1% по массе от шихты способствует снижению загрязненности структуры металла;

— четырехкратный цикл термообработки «газопламенная пайка+отбел в водородосодержащей среде» способствует увеличению числа газовых пор размером 2,5- 3,2 мкм, без увелиличения объемного процента загрязненности структуры.

Допустимое значение величин объемного процента загрязненности или количества включений определенных размеров можно установить, если внедрить маршрутные карты, позволяющие сопоставлять данные металлографического анализа с коэффициентами выхода годного после каждой технологической операции, вплоть до выхода готовой продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 1778—70 Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.

2. Старченко И. П. Влияние последовательных плавок на качество слитков серебра 875 пробы. — В кн. ВНИИювелирпрома, вып. 1, Л., 1971, с. 78-87.

3. Шлычкова В. С., Старченко И. П. Механические и технологические характеристики полуфабрикатов сплава ЗлСрМ 583-80. — В кн. ВНИИювелирпрома, вып. 12, Л., 1975, с. 75—82.

4. ОСТ 25 565—81 Ювелирные изделия. Общие технические условия.

5. БСЭ, М., 1972, том 9, с. 595.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СПЛАВА ЗлСрМ 583-80 ПРИ ТОЧНОМ ЛИТЬЕ НА ВЕЛИЧИНУ БРАКА ПО ПОРИСТОСТИ

Гутов Л. А., Старченко И. П., Лыткин К. С., Разуваева Б. Д., Приеде Т. А.


Согласно [1], температура сплава ЗлСрМ 583-80 при изготовлении отливок методом центробежного литья должна находиться в диапазоне 1100 - 1150°С. На многих предприятиях отрасли фактическая температура сплава при литье значительно отличается от рекомендованной и нередко изменяется в диапазоне 1050 - 1200°С. Влияние температуры сплава при литье на качество отливок из сплава золота до настоящего времени не исследовано. Результаты статистического анализа [2] показывают, что брак отливок по ряду моделей значительно превышает 20%, причем причина браковки ~80% отливок — пористость.

При исследовании пористых отливок под микроскопом установлено [3], что эффект пористости обусловлен наличием междендритных пустот. Расположение пористых участков на отливках одного шифра постоянно и локализуется в утолщенных местах отливок, удаленных от литника, или расположенных непосредственно под литником. Пористость может быть результатом выделения газа из раствора в процессе кристаллизации, может носить усадочный характер или быть следствием недоста-точного питания отливок в процессе кристаллизации.

В настоящей работе сделана попытка установить наличие корреляции между:

— газосодержанием и величиной брака по пористости;

— температурой сплава при литье и величиной брака по пористости.

Анализу подвергались отливки шифра 03002 ЛЮЗ (овальные касты с крапанами). Брак по пористости на отливках названного шифра достигает 13%. В качестве шихты опытных плавок использовались: золото Зл999 централизованной поставки; лигатура СрМ 190 плавки ЛЮЗ; отходы сплава ЗлСрМ 583-80 — для первой части работы в виде стояков предыдущих плавок, для второй части работы в виде проката собственного изготовления.

В качестве раскислителя применены:

в первой части работы — кадмий (0,02%), магний (0,03%), титан (0,02%), цинк (0,2%), литий (0,02%), цинк (0,2%) + титан (0,02%), углерод в виде сажи;

во второй части работы — цинк (0,2%) + титан (0,02%).

Температура расплава при литье в первой части работы составляла 1150°С, во второй части работы изменялась для отдель¬ных плавок: 1050; 1100; 1150; 1200° С.

Результаты плавок оценивались по следующим показателям:

— содержание кислорода и водорода в отливках;

— брак кастов на всех операциях технологического цикла.

Результаты, полученные при наблюдении за партиями кастов и при исследовании образцов, представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Уровень брака и газосодержание отливок

№№ п/п Раскислитель Количество
раскислителя,
% (к весу шихты)
Содержание газов, вес. % Брак по
пористости,%
водорода кислорода
1 Сажа - 0,0002 0,0062 Нет
2 Кадмий 0,02 0,0001 0,0078 1,5
3 Магний 0,03 0,0002 0,0095 1,5
4 Титан 0,02 0,0002 0,0058 5,4
5 Цинк 0,2 0,0002 0,0090 6,2
6 Литий 0,02 0,0002 0,0028 7,8
7 Цинк 0,2 0,0002 0,0074 3,9
8 Титан 0,02

Таблица 2

Уровень брака в зависимости от температуры расплава при литье

Температура сплава при литье, °С Отлито, шт Забраковано (на всех операциях)
всего в том числе
шт. % по пористости по прочим дефектам
шт. удельный вес брака, %
в партии к забракованному шт. удельный вес брака
в партии, %
1200 256 87 34,0 64 25,0 73,6 23 9,0
1150 832 181 21,7 79 9,5 43,6 102 12,2
1100 320 50 15,6 12 3,8 24,0 38 11,9
1050 192 57 29,7 32 16,7 56,1 25 13,0

Из данных табл. 1 следует, что корреляция между газосодержанием отливок и уровнем брака по пористости не обнаружена. Действительно, в экспериментах № 3 и 5 (см. табл. 1) при одинаковом содержании кислорода в отливках результаты разбра¬ковки отличаются более, чем в четыре раза. Максимальный уровень пористости отмечен в партии с минимальным содержанием кислорода (№ 6). В одной из партий отмечено полное отсутствие брака по пористости при среднем значении остаточного кислорода в отливках.

Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что уровень брака по пористости в исследованном температурном диапазоне проходит через минимум, оответствующий температуре расплава 1100°С. Подобная же зависимость наблюдается при оценке общего количества брака, обнаруженного на всех операциях. технологического цикла. Обращает на себя внимание тот факт, что доля отливок, забракованных по иным причинам, чем пористость, остается практически постоянной во всех группах. Отсюда следует, что температура литья в исследованном диапазоне практически не оказывает влияния на прочие виды брака, не включающие пористость.

Обнаруженная форма зависимости между уровнем брака по пористости и температурой расплава при литье свидетельствует о наличии, по меньшей мере, двух факторов, действие которых приводит к образованию пор.

При пониженной температуре литья (1050°С) главной причиной образования пор является, вероятно, то, что кристаллизация расплава в литнике предшествует его кристаллизации в отливке. В этом случае жидкая фаза более длительное время сохраняется в утолщенных местах отливок (например, «плечиках», кольца). Отсутствие дополнительного питания жидким расплавом приведет к тому, что имеющегося расплава будет недостаточно для заполнения полостей между остовами дендритов. При повышении температуры сверх оптимума временной период затвердевания удлиняется, что приводит к последовательной кристаллизации и образованию сосредоточенной усадочной раковины. Усадочная раковина образуется в наиболее горячих точках отливки, а именно: под литником и в массивных сечениях. Процесс образования пористости может усугубляться газовыделением при кри¬сталлизации. Отсутствие корреляции между газосодержанием и браком по пористости, а также асиммметричное расположение пор при любых температурах литья позволяют сделать вывод, что плотность отливок определяется прежде всего скоростью и направлением кристаллизации расплава в отливке.

Уровень брака по пористости при точном литье ювелирных изделий зависит от температуры металла в момент заливки форм и в. опробованном диапазоне температур проходит через минимум. Выбор оптимальной температуры литья приводит к снижению брака по пористости в три раза по сравнению со среднестатистическим. В пределах установленных концентраций газов в отливках ведущую роль в образовании пористости играет скорость и направление кристаллизации расплава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Типовой технологический процесс «Изготовление отливок ювелирных изделий из сплавов золота и серебра методом центробежного литья по выплавляемым моделям» РТМ 25.146—73.

2. Анализ причин возникновения брака по пористости при точном литье ювелирных изделий. Доклад нач. отдела металлургии Старченко И. П. Л., 1974.

3. Сб. трудов ВНИИювелирпром. Вып. 7, Л., 1974, стр. 62—66


К ВОПРОСУ О СВЯЗИ БРАКА ПО ПОРИСТОСТИ С ФОРМОЙ ОТЛИВКИ

Разуваева Б. Д., Лыткин К. С., Старченко И. П., Салунин Ю. А.


Исследование значительного количества отливок ювелирных изделий, забракованных по причине пористости, позволило установить, что возникновение пористости, как правило, связано с усадочными явлениями. Уровень брака по пористости можно значительно снизить, подобрав оптимальную температуру расплава при литье. Однако достигнутый этим способом минимальный уровень брака остается различным для изделий разных шифров и в ряде случаев — еще очень высоким. Статистические данные о браке свидетельствуют о корреляции между уровнем литейного брака и наличием резкого увеличения площади поперечного сечения отливки в направлении течения расплава при литье. Поскольку образование пор и раковин в массивных сечениях связывалось с усадочными явлениями, то изменение конструкции отливки путем ликвидации тепловых узлов и выравнивания площадей поперечных сечений должны были бы значительно снизить брак по пористости.

Это положение проверяли на отливке колец шифра 03039 (ЛПО «Русские самоцветы»), варьируя конструкции литейного узла. Модель 03039 представляет собой цельнолитое кольцо (рис. 1,а). Средний уровень литейного брака в отливках стабильно высок. В 1974 г. он составлял около 50%, а в отдельных партиях достигал 80%. Фиксируемый при разбраковке дефект — это поры на внутренней стороне «плечиков» кольца.

Исследованные варианты конструкции литейного узла схематично представлены на рис. 1. (Для просмотра в увеличенном масштабе кликните на рисунок) В вариантах «б» и «в» питание массивных сечений обеспечивалось расплавом в течение всего периода кристаллизации, таким образом, возникновение пор вследствие недостатка расплава было исключено. В вариантах «г» и «д» конструкция позволяет избежать резких переходов от тонких сечений к массивным. В первом случае исключены тонкие сечения за счет литья каста без шинки, во втором массивные сечения уменьшены за счет выемки («поднутрения») с внутренней стороны «плечиков».

При разбраковке отдельно отлитых кастов и колец с поднутрениями пор не было обнаружено. Высокое качество отливок подтвердило, что ведущую роль в образовании пор играет сосредоточенная усадка, а выравнивание площадей поперечных сечений эффективно устраняет этот вид брака. Исходя из технологической целесообразности, конструкция с «поднутрениями» на «плечиках» была признана оптимальной для промышленного использования.

Технологичность конструкции с «поднутрениями» подтверждена и при литье колец из сплава ЗлСрМ 583-80 в производственных условиях. На каждый стояк напаивали по 40 восковых моделей, в том числе 20 с «поднутрениями» и 20 контрольных без «поднутрений». Модели чередовали по ярусам. Результаты разбраковки приведены в таблице.

Таблица

Особенность конструкции эталона Температура литья, oС Брак по пористости, %
Без поднутрений 1200 100,00
С поднутрениями 1200 55,00
Без поднутрений 1150 44,70
С поднутрениями 1150 5,00

Данные таблицы показывают безусловное преимущество предложенной конструкции. Выявленная зависимость подтверждает связь между величиной брака по пористости и наличием на отливках резких переходов от тонких сечений к массивным. Следует отметить, что эффект корректировки формы отливки тем выше, чем температура литья ближе к оптимальной. Действительно, если при повышенной температуре брак за счет корректировки конструкции снижается вдвое, то при оптимальной температуре литья наблюдается снижение брака в девять раз.

Экспериментальная проверка конструкций отливок кольца шифра 03039 подтвердила, что корректировка формы отливки — наиболее эффективный способ снижения стабильно высокого уровня брака по пористости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет по теме № 1270 402530. Исследование влияния технологических факторов на чистоту поверхности и качество отливок при точном литье из сплавов золота. Л., ВНИИювелирпром, 1975.

2. Старченко И. П., Разуваева Б. Д. Причины и пути устранения пористости при литье ювелирных изделий из сплавов золота. — Сб. трудов ВНИИювелирпром. Вып. 7. Л., 1974.