Виды дефектов металла

В сфере металлургии и металлообработки обеспечение высокого качества изделий играет решающую роль. Однако даже при строгом контроле производства и эксплуатации, металлические изделия незащищены от дефектов, которые влияют на их функциональность и надежность. Понимание причин возникновения этих несоответствий имеет важное значение для промышленности в целом. В данной статье мы рассмотрим классификацию дефектов металла, причины их возникновения, а также методы их обнаружения и устранения.

Классификация дефектов

Дефекты металла возникают как в процессе производства (производственно-технические), так и эксплуатации изделий из металла (эксплуатационные). Несоответствия требованиям стандарта и технической документации разделяются по ряду параметров: по форме, размеру, расположению и типу дефекта. Для начала разберем производственно-технические дефекты, образующиеся при изготовлении металлопроката.

По размеру дефекты подразделяются на следующие виды:

• Макрокристаллические – видимые нарушения в структуре металла, которые могут быть обнаружены визуально или при помощи простых методов контроля. Сюда относятся трещины, вмятины, сколы, заусенцы, неровности поверхности и другие несоответствия, существенно влияющие на механические свойства изделия;
• Микрокристаллические – неоднородности на микроуровне, обусловленные различными причинами, такими как повреждение кристаллической решетки, наличие включений, пор, а также интерметаллических соединений. Они не видны невооруженным глазом и требуют специальных методов исследования для их выявления;
• Субмикрокристаллические – еще более мелкие разрушения, которые могут быть обнаружены только с помощью передовых методов анализа, включая электронную микроскопию высокого разрешения.

По форме дефекты разделяются на плоскостные и объемные. Первые – это дефекты поверхности металла, такие как трещины, вмятины или сколы. Объемные дефекты, напротив, находятся внутри материала и представляют из себя поры и разного рода включения, занимающие внутренний объем металла.

По расположению дефекты бывают:

• Наружными – видны на поверхности металла;
• Скрытыми – находятся под поверхностью металла (в полостях);
• Внутренними – располагаются в толще металла и могут быть обнаружены посредством рентгеновской томографии или ультразвуковой дефектоскопии.

В процессе производства стального металлопроката заготовки проходят несколько технологических этапов. Среди них: выплавка и розлив, прокатка и обработка металла при высоких температурах. В связи с этим выделяют следующие виды дефектов, соответствующие каждому этапу изготовления:

• Сталеплавильные;
• Прокатные;
• Дефекты термообработки.

Эксплуатационные дефекты металла проявляются в процессе эксплуатации готовых изделий. Среди них выделяют три основных типа:

1. Силовые дефекты – связаны с механическими нагрузками. Возникают из-за перегрузок, циклических нагрузок, ударов и вибраций. К ним относятся, трещины, деформации, изгибы и усталостные трещины;
2. Коррозионные дефекты – включают в себя поверхностную ржавчину, проникновение продуктов коррозии внутрь материала, образование питтингов и трещин в результате коррозионной усталости;
3. Тепловые дефекты – возникают при воздействии высоких или низких температур, формируя термические напряжения, деформации, а также микроструктурные изменения материала.

Дефекты металла могут быть малозначительными, значительными и критическими. В первом случае несоответствия заданным требованиям минимальны и не оказывают значительного влияния на эксплуатационные характеристики материала. Во втором случае влияние существенно, так как свойства металлопроката значительно отличаются от требуемых. Последний вид дефекта означает то, что продукция не может быть применима в реальных условиях эксплуатации.

Ранее в одной из статей мы рассказывали как защитить металл от коррозии.

Виды дефектов

В металлических материалах могут проявляться различные дефекты, каждый из которых имеет свои характерные особенности и последствия. Многое зависит от конкретного вида металла, но среди основных выделяются следующие:

1. Трещины – линейные разрывы в структуре металла, которые возникают из-за перегрева, неравномерного охлаждения, механического напряжения или усталости материала. Бывают как поверхностными, так и внутренними, представляя серьезную опасность для надежности металлических конструкций;
2. Поры – воздушные или газовые пузырьки, запертые в металлической матрице в процессе литья или кристаллизации. Они снижают механические свойства материала, особенно его прочность и усталостную стойкость;
3. Включения – посторонние частицы, включая оксиды, сульфиды или шлак, попавший в металл в процессе его обработки или литья;
4. Деформации и вмятины – связаны с механическими воздействиями на металл. Они возникают из-за ударов или неправильных манипуляций в процессе обработки металла, а также являются следствием коррозии или других агрессивных факторов окружающей среды;
5. Остаточные напряжения – образуются из-за неравномерного охлаждения, механической обработки, сварки и других технологических процессов. Они со временем вызывают деформации, трещины и другие дефекты в металле.

Перечислим виды дефектов, которые могут образоваться в процессе производства листового проката:

• Трещины – линейные разрывы в структуре металла;
• Царапины – поверхностные дефекты;
• Заусенцы – неровности на поверхности металла;
• Закаты или продольные складки – дефекты, при которых металл складывается или сгибается вдоль своей поверхности;
• Флокены – мелкие трещины, распространяющиеся внутри металлического листа;
• Искажения, деформации поверхности или раскаты разной геометрической формы – связаны с неравномерным изменением формы или структуры металла под воздействием температуры, давления или механических нагрузок;
• Дефекты тонкой структуры или субмикроскопические трещины – находятся на уровне микроструктуры материала.

К дефектам металлоизделий (слитки и заготовки) относятся нарушения сплошности и однородности на микро- и макроуровне. Они формируются на одном из этапов производства проката.

Литьевые дефекты металлоизделий

Литьевые дефекты металлоизделий могут включать в себя различные виды несовершенств, среди которых значительное место занимают приливы – это излишки металла, которые образуются в процессе литья и негативно сказываются на качестве изделия.

В зависимости от конкретных условий литья и формы изделия приливы могут быть представлены следующими видами:

1. Заливы – формируются на стыках формы из-за неправильно подобранной модели или плохом соединении опок;
2. Распоры – вертикальные или горизонтальные полости, образующиеся внутри литого изделия. Возникают из-за неправильного давления в процессе литья;
3. Наросты – образуются из-за неточной формы или её размывания горячим металлом;
4. Просечки – неглубокие разрезы или полости на поверхности изделия, появляющиеся в результате затекания расплава в неровности формы.

Пластические дефекты металлоизделий

Пластические дефекты металлоизделий возникают в результате различных процессов прокатки и обработки металла. Они часто связаны с механическими напряжениями, которые воздействуют на металл и вызывают его пластическое деформирование. Перечислим наиболее распространенные из них:

• Растяжение – это форма пластической деформации, при которой материал растягивается вдоль направления действия приложенной силы. В результате образовываются трещины, особенно если материал находится в области своих пределов прочности. Растяжение часто наблюдается в металлических листах или проволоках, подверженных растягивающим нагрузкам;
• Раскаты разной геометрической формы (разрывы, надрывы, задиры) – неровности или изменения геометрии поверхности металла под воздействием механической обработки. Часто проявляются в случаях, когда на поверхности металла присутствуют посторонние частицы и вещества;
• Сдвиг – это деформация, при которой слои кристаллической структуры металла сдвигаются относительно друг друга без изменения объема. Данный процесс формирует складки, особенно в областях, подверженных высоким механическим напряжениям;
• Вмятины (забоины, отпечатки, рябизна, задиры и углубления) – металлическая поверхность приобретает вмятины или выпуклости вследствие механических воздействий. Помятости возникают на листовых материалах или обшивках, которые подвергаются ударным нагрузкам;
• Колебательные деформации – появляются в результате циклических нагрузок или вибраций, вызывающих усталостные разрушения в металле. В результате формируются трещины и шероховатости поверхности, особенно в местах концентрации напряжения.

Причины возникновения эксплуатационных дефектов

Дефекты, проявляющиеся в процессе эксплуатации металлоизделий, возникают по ряду причин, связанных как с внешними факторами, так и с внутренними особенностями самого материала. Разберем основные из них:

1. Механические нагрузки, превышающие проектные – перегрузки, удары, вибрации и другие механические воздействия, приводящие к формированию деформаций, трещин и другим повреждениям металлических изделий;
2. Коррозия и окисление, если материал не прошел антикоррозийную обработку своевременно – воздействие влаги, химических веществ, солей и других агрессивных сред приводит к коррозии и окислению металла. В результате на металле появляются пятна и поры, а также в целом уменьшается прочность и долговечность металлоизделия;
3. Непредусмотренные температурные воздействия – резкие изменения температуры и другие термические напряжения вызывают расширение или сжатие металла, что может привести к его деформации, появлению трещин и другим дефектам;
4. Нарушения техники безопасности – неправильное использование или эксплуатация металлических изделий, недостаточное обучение персонала, несоблюдение инструкций по технике безопасности и прочие факторы также могут привести к возникновению повреждений.

Способы выявления дефектов металла

Выявление несоответствий играет важную роль в обеспечении качества и безопасности металлических изделий. Существует несколько способов проведения дефектоскопии, включая:

• Визуальный осмотр – проводится невооруженным глазом или с помощью осветительных устройств для обнаружения поверхностных дефектов;
• Микроанализ с помощью микроскопов – используются приборы с увеличением от 100 крат. Позволяют разглядеть структуру материала и обнаружить несоответствия;
• Магнитный анализ – применяется для обнаружения дефектов, которые создают магнитные поля, включая трещины, швы, искривления и т. д. При этом на поверхность изделия наносится специальный магнитный порошок, который под воздействием магнитного поля скапливается в местах дефектов, делая их различимыми;
• Ультразвуковой контроль – ультразвуковой импульс направляется через материал, проходя сквозь повреждения, и возвращается обратно для последующего анализа;
• Рентгенография – на фотопленку или детектор наносится изображение, которое отражает структуру материала и позволяет выявить различные дефекты;
• Тепловизионный контроль – позволяет обнаруживать дефекты, вызывающие изменения теплопроводности или тепловой емкости металла.

Методы устранения дефектов

Устранение дефектов металла может включает применение различных методов и инструментов, а также процессов обработки, предназначенных для удаления поврежденных участков материала и восстановления его целостности и качества. Среди этих методов выделяются следующие:

1. Огневая зачистка – использование высокотемпературного огня или газового пламени для удаления окислов, загрязнений, ржавчины и других поверхностных дефектов с металлической поверхности;
2. Зачистка поверхности пневматическим зубилом – применяется пневматический инструмент, оборудованный зубилом или острым инструментом. Он помогает удалить окислы и продукты коррозии. Зубило работает за счет сжатого воздуха или другого газа, который создает ударную силу, необходимую для удаления загрязнений и повреждений. Метод часто применяется при ремонте и подготовке металлических поверхностей перед нанесением защитных покрытий;
3. Зачистка абразивными кругами – использование абразивных кругов или шлифовальных дисков для механического удаления дефектов с металлической поверхности. Абразивные круги могут быть изготовлены из различных материалов, таких как алмазы, керамика, абразивные частицы или карбид кремния, и выбор конкретного типа зависит от характеристик материала и типа дефекта;
4. Обдирка прутка или трубы на токарном станке – закрепление детали на станке и ее вращение вокруг оси, в то время как режущий инструмент удаляет поврежденные слои материала, восстанавливая гладкость и точность формы.

Металлопрокат и изделия из металла нашего производства

Понимая, насколько важно использовать в строительстве и производстве металлопрокат высокого качества, наша компания предлагает широкий ассортимент продукции, прошедшей строгий контроль качества. Мы гарантируем, что весь наш металлопрокат отвечает самым высоким стандартам и лишен типичных дефектов, таких как трещины, раковины, включения и другие недостатки, которые могут снижать прочность и долговечность изделий.

Мы предлагаем не только стандартный металлопрокат и изделия из металла, но и специализированные услуги и продукты, такие как просечно-вытяжные листы, гибка профиля, сварочные работы, гибка листового металла и многие другие услуги. Наше производство оснащено современным оборудованием, что позволяет нам выполнять заказы любой сложности с высочайшим уровнем точности и качества.