Комплексный подход к восстановлению композитными материалами дефектных отливок с раковинами, пористостью и микротрещинами

Проблема дефектов в отливках из черных и цветных металлов продолжает быть актуальной, несмотря на появление новых приемов и технологий в литейном производстве, нацеленных на улучшение и оптимизацию этого процесса.

         Существующие способы устранения этих дефектов не позволяют в полной мере избавится от этой проблемы и поэтому появление любых новых материалов и технологий ремонта вызывает неподдельный интерес у специалистов.

         В Приазовском государственном техническом университете (ПГТУ) совместно со специалистами Днепровского государственного технического университета, а также венгерскими коллегами накоплен опыт комплексного применения восстановления дефектных отливок [1], [2]. Классифицировать эти дефекты можно следующим образом: микротрещины и пористость по глубине отливки вплоть до сквозного проникновения жидкости при испытании на герметичность, микропористость поверхностная в виде оспинок, раковины на готовом изделии, раковины на литейной форме. Все эти дефекты можно устранить с помощью полимерных материалов, имеющих для каждого случая свои технические особенности. Разберемся с каждым из названных дефектов.

         Микротрещины и сквозная микропористость в готовом литье устраняется однокомпонентным материалом Дихтол, немецкой фирмы «Диамант», путем окунания (лучший вариант), либо промазывания кисточкой, либо обработкой аэрозольным составом (см. подробнее на сайте www.diamantik.com.ua).

         В чем принципиальное отличие метода окунания от метода локального нанесения материала Дихтол? В первом случае расход Дихтола будет больше, поскольку он покроет тонкой пленкой до 0,1 мм всю деталь. Однако в этом варианте деталь получает защитное покрытие от коррозии и любых других воздействий окружающей среды. Например этот материал целенаправленно применяют для  защиты бронзовых изделий, например, колоколов и т.д. При этом расход Дихтола невелик, поскольку хорошая жидкотекучесть позволяет ему мгновенно расползаться по поверхности детали даже если он наносится на небольшом участке. Этот материал, обладая прекрасной жидкотекучестью, за счет капиллярного эффекта, затягивается подобно керосину в микротрещины и поры через 16-24 часа полимеризуется. Причем он может выдерживать температуру до 500-550 ⁰С.

         В качестве доказательства свойств Дихтола приведем пример уплотнения покрытий полученных в результате газопламенного напыления порошкообразными материалами. В нашем случае он проникает через напыленный слой вплоть до материала подложки и полимеризуясь на воздухе полностью защищает деталь от проникновения любых веществ. На рисунке 1 показан слой напыленный из хромоникелеевой стали с видимыми порами при увеличении х75. Черные включения в этом слое - это пористость, пронизывающая всю структуру напыленного материала. После погружения детали в раствор Дихтола на 5 мин., и последующего микроскопического анализа напыленного слоя, было установлено, что Дихтол проник в пористую струтуру этого слоя на величину 600 мкм. и на рисунке 1 застывшие частички Дихтола видны в виде красных включений. Проникший в поры Дихтол полимеризовался и образовал прозрачные каучукоподобные пробки, прочно соединенные с окружающим металлом по всей линии взаимодействия.

         Однако имеется ряд особенностей, которые необходимо учитывать при работе с Дихтолом и их игнорирование может привести к отсутствию положительных результатов пропитки. К этим особенностям следует прежде всего отнести необходимость выравнивания температуры детали, которая обрабатывается, до температуры наносимого Дихтола. Если его наносить на холодную деталь, то он может сворачиваться на поверхности грязно-серой пленкой. Кроме того, весь процесс пропитки желательно выполнять при температуре окружающей среды не ниже 10 ⁰С. Другая особенность заключается в том, что при предварительных испытаниях на герметичность дефектной детали в водной среде в микротрещинах остается вода, которая не позволяет  в последствии Дихтолу проникнуть в микротрещину и поэтому требуется выполнить прогрев детали с целью освобождения микротрещин и микропор от воды. Этим материалом с успехом пользуются многочисленные предприятия Украины.

а)

б)

Рисунок 1 - а) напыленный слой хромоникелеевой стали

б)  напыленный слой хромоникелеевой стали пропитанный «дихтолом»

         В случае возникновения осповидной пористости на поверхности литого изделия также применяют Дихтол, но в сочетании с мелкодисперсным порошком другого композитного материала - Пластикметалла. Этот материал имеет для каждого металла, применяемого в литейном производстве, соответствующие по цвету порошкообразные наполнители, отвечающие внешнему виду изделия. В этом случае нанесение композита, полученного путем смешивания Дихтола с порошкообразным компонентом Пластикметалла, осуществляется путем его втирания в поверхность изделия и последующей обработки шлифовальной шкуркой после полимеризации материала.

         К сожалению, описанные выше материалы не позволяют бороться с самым главным и наиболее часто встречающимся дефектом литья - значительными раковинами на поверхности изделия либо раковинами, вскрывшимися в процессе его механической обработки. Для решения проблемы устранения таких раковин как раз и применяется материал Пластикметалл, которым можно, как расплавленным металлом, залить полость раковины, после чего даже найти дефектное место не всегда удается. Это двухкомпонентный металополимер после полимеризации имеет такой же внешний вид, как и основной металл. Хорошее адгезионное соединение Пластикметалла с основным материалом позволяет при необходимости после отвердевания обрабатывать его на станке как одно целое с отливкой, а впоследствии нагружать теми же усилиями, что и саму деталь.

         Создана широкая гамма Пластикметаллов, предназначеных для устранения дефектов в отливках из чугуна, стали, бронзы, алюминия, меди, латуни, легированных сталей, керамики и т.д. В зависимости от требуемых условий применения Пластикметалла его свойства можно менять путем использования различных отвердителей: «стандартного» (термостойкость до 160 ⁰С, время отвердевания 1 ч), «быстрого» (термостойкость до 160 ⁰С, время отвердевания 15 мин), «термостойкого WF» (термостойкость до 250 ⁰С, время отвердевания 1 ч), «медленного» (термостойкость до 160 ⁰С, время отвердевания 2-3 ч), пастообразного (термостойкость до 160 ⁰С, время отвердевания 1 ч). Показатели длительности затвердевания в этом перечне  справедливы при температуре окружающей среды около 20 ⁰С. Повышая температуру окружающей среды, этот процесс можно ускорить, а понижая - замедлить, вплоть до остановки реакции полимеризации.

         Таким образом, применяя комплексный подход к решению задачи восстановления дефектных отливок, можно существенным образом улучшить ситуацию на литейных предприятиях за счет исключения операции повторного литья или снижения (по сравнению с традиционными методами) затрат на исправление дефектов.

         И наконец вариант последний - устранение раковин на литейных металлических формах, которые не позволяют получать качественные отливки. Поскольку в этом случае контакт полимера будет осуществляться с расплавленным металлом для шпаклевки раковин применяется специальный однокомпонентный материал Айрон-цемент фирмы «Диамант», который в металлургии применяется для выглаживания вертикальных стыков кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Этот материал выдерживает температуру до 1600 ⁰С. Также имеется опыт применения этого материала для устранения раковин на внутренней поверхности изложниц предназначенных для получения слитков в металлургии.

         Подводя итог изложенным примерам избавления от необходимости выбраковывать литые изделия, следует подчеркнуть, что применение композитных материалов не только решает временную проблему устранения дефекта, но и позволяет восстановленной детали выполнять заданные функции без особых ограничений по времени- на протяжении всего срока  ее эксплуатации  .

Литература

1. Ищенко А.А. Ремонт деталей и узлов энергетического оборудования композитными материалами: монография / А.А. Ищенко, Е.В. Дашко. - Мариуполь: ПГТУ, 2016. - 202 с.
2. Кравченко В.М. Эксплуатация и обслуживание машин / В.М. Кравченко, А.А. Ищенко, В.А. Сидоров, В.В. Буцукин. - Донецк: Донбасс, 2014. - 535 с.

Авторы:

Бейгул О.А. - д.т.н.

ГВУЗ «Днепровский государственный технический университет», г. Каменск, Украина

Кравченко В.М. - д.т.н.

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, Украина

Д-р Балаш Барна

Мишкольцский университет, г. Мишкольц, Венгрия

«Союз-Литье», 2020, № 2, с.6-8