Виды дефектов металлических изделий

Дефект в виде мелких пор, образовавшихся вследствие усадки металла во время его затвердевания при недостаточном питании отливки

Газовая пористость
Ндп. Ситовидная пористость
Течь
D. Gasporositat
Е. Gas porosity
F.

Дефект в виде мелких пор, образовавшихся в отливке в результате выделения газов из металла при его затвердевании

Рыхлота
Ндп. Подкорковая пористость
D. Mikrolunker
Е. Microporosity, shrinkage porosity, grain boundary cracks
F. Microretassure

Дефект в виде скопления мелких усадочных раковин.

Примечание. Рыхлота обнаруживается при механической обработке отливки или методами дефектоскопии

Непровар жеребеек (холодильников)
D. Trennung zwischen Kernstutzen
( E. Unfused chaplets (cooles)
F. Incuit de support de noyau (refroidisseur)

Дефект в ряде несплошности соединения металла отливки с поверхностью жеребеек (холодильников) вследствие их загрязнения, несоответствия масс, пониженной температуры заливаемого металла

Вскип
Ндп. Кип

Дефект в виде скопления раковин и наростов, образовавшихся вследствие парообразования в местах переувлажнения литейной формы или проникновения газов из стержней в полость литейной формы

Утяжина
Ндп. Утяжка
Подсадина
D. Aussenlunker,
Einfallstelle
E. Shrinkage depression
F. Poquette retassure de surface

Дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки, образовавшегося вследствие усадки металла при затвердевании

Металлическое включение
D. Metallischer Fremden Ursprungs
E. Exogenous metallic inclusion
F. Inclusion

Дефект в виде инородного металлического включения, имеющего поверхность раздела с отливкой

Неметаллическое включение
Ндп. Черные пятна
D. Nichtmetallischer E. Exogenous non-metallic inclusion
F. Inclusion non-

Дефект в виде неметаллической частицы, попавшей в металл механическим путем или образовавшейся вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла

Королек
Ндп. Выпот

Дефект в виде шарика металла, отдельно застывшего и несплавившегося с отливкой, образовавшегося брызгами при неправильной заливке

НЕСООТВЕТСТВИЕ ПО СТРУКТУРЕ

Отбел
Ндп. Твердые места
D. Harte Stellen
E. Chill hard spots
F. Points durs

Дефект в виде твердых, трудно поддающихся механической обработке мест в различных частях отливки из серого чугуна, вызванных скоплением структурно свободного цемента

Половинчатость
Ндп. Отсер
Первичный графит
D. Halbheit
Meliertes Roheisen
Е. Mottleness
F. Fonte

Дефект в виде проявления структуры серого чугуна в отливках из белого чугуна

Ликвация
D. Seigerung, Entmischung
Е. Segregation
F. Liquation,

Дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании

Флокен
Ндп. Белые пятна
D. Flocken
Е. Flakes
F. Flocon

Дефект в виде разрыва тела отливки под влиянием растворенного в стали водорода и внутренних напряжений, проходящего полностью или частично через объемы первичных зерен аустенита.

Примечание. Флокен в изломе термически обработанной пробы (отливки) имеет вид сглаженных поверхностей без металлического блеска (матового цвета) на общем сером фоне волокнистой составляющей

Дефекты металлический изделий

Производство предметов из металла представляет собой сложный технологический цикл. Некоторые операции могут как исключаться из этой цепочки, так и проводиться повторно. В процессе обработки металл претерпевает изменения, на нем могут появляться изъяны. Далее вы узнаете, какие бывают дефекты металлических изделий, а также как их можно выявить.

Типы дефектов металлических изделий

Из-за дефектов ухудшаются физико-механические свойства металлов, такие как электропроводность, магнитная проницаемость, прочность, плотность, пластичность. Принято выделять изъяны тонкой структуры или атомарного масштаба, а именно дислокации, вакансии, пр., и более грубые. К последним относятся субмикроскопические трещины, появляющиеся на границах блоков кристалла и на его поверхности.

Еще более грубыми считаются микро- и макроскопические дефекты металлических изделий, предполагающие нарушение сплошности или однородности. Они появляются по двум причинам: из-за несовершенства используемой технологии и низкой технологичности многокомпонентных сплавов. Дело в том, что при работе с подобными сплавами необходимо особенно точно соблюдать режимы, установленные для всех этапов изготовления и обработки.

С точки зрения прикладного, технического понимания, дефектами называют отклонения от установленной нормы, при которых ухудшаются рабочие характеристики металла или металлического изделия, происходит снижение сортности или отбраковка продукции. Но нужно понимать, что не любой изъян металла распространяется на изделие. Если отклонения не влияют на работу металлической детали, они не воспринимаются в качестве недостатков.

Отклонения, признанные дефектами для изделий, эксплуатируемых в определенных условиях (допустим, при усталостном нагружении), могут не приниматься во внимание при других условиях работы (например, при статическом нагружении).

Литьевые дефекты металлических изделий

Сегодня в металлургии принято использовать несколько классификаций брака, получаемого при литье.

Дефекты делятся на типы по месту нахождения. Так, если брак выявлен внутри участка, его считают внутренним. Если же проблема проявилась при дальнейшей обработке, ее относят к внешнему браку.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

С точки зрения внешнего проявления, выделяют такие основные виды дефектов отливок, как пригар, при котором слой формовочных материалов, спекшихся с металлом, крепко присоединился к поверхности заготовки, и приливы, которые представляют собой отклонение размеров отливок от проекта в большую сторону.

Приливы делят на:

• Заливы, которые образуются вдоль стыка частей формы. Причина их появления кроется в несоблюдении размеров моделей и плохом соединении элементов опок.
• Подутость (распор) – возникает из-за давления расплава на рыхлую смесь.
• Нарост, который появляется, когда поток расплава размывает форму при заливке.
• Просечки (гребешки, заусенцы), образующиеся при затекании расплава в повреждения формы или стержня.

Нередко дефекты при литье проявляются в виде пороков поверхности. Сюда относятся:

• Засоры. Массы зерен земли или шлаков. Эта проблема появляется из-за ошибок, допущенных при проектировании форм, непродуманного расположения литников, несоблюдения технологии складирования и перевозки.
• Ужимины – образуются при сырой формовке, когда слой земли разрывается в месте конденсации жидкости и расплав заполняет образовавшуюся пустоту.
• Спаи, или неслитины, возникают, когда происходит контакт между слоями охладившегося расплава. Поскольку не достигнута необходимая температура, потоки не могут правильно сплавиться.
• Плены – появляются, когда окисляются легирующие добавки.
• Морщинистость, или складчатость. Данный дефект выглядят как разнонаправленные складки на поверхности металлического изделия. Такой изъян связан со скоплением большого объема углерода в металле.
• Выпот – провоцирует взрывообразное выделение скоплений графита, поэтому он похож на множество лопнувших пузырьков.
• Корольки появляются и из-за разбрызгивания расплава при заливке. В этом случае шарик металла кристаллизуется отдельно от отливки, не соединяясь с ней.
• Коробление отливки возникает по причине внутренних напряжений, провоцируемых неравномерным остыванием.

Также среди распространенных пороков литья стоит назвать трещины. Подобные дефекты металлических изделий также делятся на виды:

• Горячие. Возникают, когда металл достигает температуры кристаллизации, обычно вызваны усадочным напряжением. Имеют неровные формы.
• Холодные. Появляются при более низких температурах, чем горячие, при этом отличаются ровным, прямым профилем.
• Межкристаллические. Образуются на металлических изделиях из легированных сталей в тех зонах, где имеются неметаллические включения.

Помимо прочего, нередко на предметах из металла появляются газовые дефекты:

• Ситовидная пористость, то есть большое количество мелких пузырьков в теле детали.
• Газовые раковины, которые представляют собой крупные каверны, возникшие после выхода и объединения мелких пузырьков.

Пластические дефекты металлических изделий

При отбраковке заготовок достаточно часто приходится сталкиваться с включениями инородных металлических или неметаллических тел, причем последние бывают различной величины, формы.

Надрыв представляет собой местные несквозные разрывы, находящиеся поперек или под углом к направлению обработки материла. Такие дефекты образуются из-за раскрытия внутренних несплошностей материала, а также несоблюдения норм, установленных для процесса обработки.

Сквозной разрыв отличается от предыдущего вида тем, что на металлическом изделии наблюдаются сквозные несплошности. Они образовываются при деформации плоской заготовки, имеющей неравномерную толщину, либо причиной появления сквозного разрыва могут стать вкатанные инородные тела.

Накол выглядит как несквозные единичные или групповые точечные углубления. Они появляются при использовании загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей, попадании на заготовку мелких металлических и инородных элементов. Еще одной причиной для образования накола могут стать выступы и налипшие частицы на валках.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Вмятинами называют отдельные единичные углубления различных размеров, форм, имеющие пологие края. Вмятины появляются из-за повреждения металла в процессе производства, перевозки, хранения.

Забоина представляет собой углубление неправильной формы. Обычно такой дефект имеет острые края, поскольку появляется при ударе металлического изделия.

Отпечаток – периодически повторяющиеся углубления, выступы, расположенные по всему металлическому изделию или на некоторых его участках. Отпечатки появляются под действием неровностей на прокатных и правильных валках.

Задир выглядит как широкое продольное углубление с неровным дном и краями. Причина его появления состоит в резком трении заготовки о детали оборудования, при помощи которого осуществляется обработка.

Риска – это продольное узкое углубление, дно которого может быть закругленным либо плоским. Образуется при царапании заготовки металлического изделия выступами на поверхности оборудования.

Царапина представляет собой углубление неправильной формы, имеющее произвольное направление. Появляется из-за механических повреждений, например, во время складирования, перевозки металлических изделий.

Потертостью называют нарушение блеска на отдельно взятом участке металлического изделия, а также скопление мелких разнонаправленных царапин. Такие дефекты появляются из-за трения металлических изделий между собой.

Налип появляется в результате прилипания к металлическому изделию частиц или слоя металла с инструмента.

Закат образуется за счет вдавливания в изделие частиц обрабатываемого металла, заусенцев, выступов и других дефектов, появившихся в процессе обработки.

Пережог проявляется в виде темных, оплавленных или окисленных пятен на металлическом изделии, которые образуются, если была превышена температура, время нагрева материала.

Расслоение выглядит как отделение слоя материала на торцах, кромках металлического изделия, заготовки. Причина для расслоения одна – изначально внутри металла были дефекты, такие как рыхлости, включения, внутренние разрывы, пережог.

Плена представляет собой расслоение, обычно имеет форму языка, идущего по направлению обработки и одним краем соединенного с основным металлом. Подобное расслоение появляется, если в металле изначально были надрывы, трещины, пузыри, либо при нагреве материала был допущен его пережог, оплавление.

Чешуйчатость представляет собой пластическую деформацию, вызванную пережогом или недостаточной пластичностью металла периферийной зоны. В соответствии с названием, такие разрывы на металлическом изделии больше всего похожи на чешую или сетку.

Рябизна выглядит как скопление углублений, появившихся на металлическом изделии во время проката или плавки.

Смятой поверхностью называют тип деформации, при котором на металлическом изделии появляются складки, изгибы, волны, при этом не вызывающие разрыва металла.

Излом представляет собой полосу поперек направления прокатки или под углом к нему. Изломы появляются из-за резкого перегиба в процессе сматывания, разматывания рулонов, либо при перекладке тонких листов.

Недотрав выглядит как пятна, полосы, появившиеся на металлическом изделии из-за неравномерного травления.

Перетрав – это местное или общее разъедание поверхности изделия, которое проявляется как точечные либо контурные углубления. Образуется, так же как и недотрав, при несоблюдении режима травления.

Пятна загрязнения могут иметь форму полос, натеков, разводов. Их оставляют на поверхности металлического изделия технологическая эмульсия, загрязненное масло, мазут.

Коррозионные пятна могут быть светлыми или темными, обычно имеют шероховатую текстуру, так как появляются под действием коррозии.

Цвета побежалости проявляются в виде окисленных участков, то есть пятен и полос различной окраски и формы. Такие пятна отличаются гладкой поверхностью, так как проявляются при нарушении норм термической обработки и травления.

Кольцеватость характерна только для круглых металлических заготовок – на их поверхности появляются повторяющиеся кольцеобразные выступы, углубления. Виной тому пластическая деформация, плавка.

Следы плавки несколько похожи на кольцеватость, они выглядят как повторяющиеся светлые и темные полосы. Однако в данном случае полосы идут по заготовке в любом направлении: могут быть продольными, поперечными либо спиралеобразными. Образуются при плавке.

Омеднение проявляется как покраснение некоторых участков поверхности металлического изделия. Такие пятна образуются после контактного выделения меди, что связано с нарушением режимов термической обработки и травления.

Серповидность полос и лент – это отклонение формы металлического изделия от поверочной линейки. Такой дефект измеряют в миллиметрах на метр длины полуфабриката.

Овальностью называют отклонение поперечного сечения изделия от формы круга. Если с – максимальный, d – минимальный и т – средний диаметр сечения, то по формуле c - d/m × 100 можно рассчитать отклонение от идеальной формы в процентах.

Разностенность – несовпадение толщины стенки по длине трубы с номинальной толщиной либо разница в толщине заготовки по ее площади.

Разнотолщинность – отклонение толщины плоского изделия по длине и ширине от установленных параметров либо разница толщины стенки вдоль длины металлической трубы.

Фестонистость представляет собой появление выступов по краю металлического изделия при глубокой штамповке листов и лент. Направление выступов соответствует направлению оси прокатки.

Способы обнаружения дефектов металлических изделий

Существует несколько уровней исследования, которые используются для разных глубин и размеров дефектов:

1. Субмикроскопическое исследование.
2. Микроанализ.
3. Макроанализ.

Под дефектами кристаллического строения металлов принято понимать отклонения от структуры идеального, то есть бездефектного, кристалла.

Дефекты кристаллической структуры делят на типы в соответствии с их формой и размерами:

• Дислокации, то есть отсутствие полуплоскости кристаллической решетки.
• Вакансии или пустоты в узлах кристаллической решетки.
• Атомы внедрения, предполагающие присутствие в решетке дополнительных атомов между узлами.
• Атомы замещения, то есть атомы другого элемента, находящиеся в узлах кристаллической решетки обрабатываемого металла.

1. Субмикроскопическое исследование.

Цель его состоит в выявлении дефектов на границах кристаллов или зерен. Дело в том, что из-за неравномерности кристаллизации или недостаточного питания зародышей жидким раствором появляются тонкие прослойки между блоками кристаллов. Либо причина может скрываться в выделении на поверхности кристаллов твердой фазы нерастворимых соединений и элементов. Так, фосфор и целый ряд тугоплавких металлов не способны образовывать соединения с железом в сталях, поэтому они откладываются на границах зерен.

В число субмикроскопических дефектов входят сколы в стали 38Х2МЮА. Причина их появления проста: во время легирования стали алюминием по границам зерен выделяются локальные плоскости, которые и становятся слабым местом металла во время дальнейшей обработки.

2. Микроанализ.

При подобном исследовании для выявления дефектов используют микроскопы с увеличением более 100 крат. Именно микроанализ применяется чаще всего при поиске литейных дефектов. Этот метод позволяет определить балл зерна, наличие и количество включений неметаллической природы, меди, серы и фосфора, структуру металла.

От доли углерода и легирующих элементов, содержащихся в стали, зависит, какие твердые фазы выделятся при кристаллизации. Отметим, что данные стадии имеют различную прочность, твердость и пластичность. В стойких к коррозии марках стали при разных температурных режимах охлаждения формируются фазы аустенита, мартенсита или ледобурита.

Также к ключевым характеристикам, определяющим качество металла, относится балл зерна. Дело в том, что при снижении данного показателя повышается пластичность металла, но снижается его прочность. Однако легирование карбидообразователями или тугоплавкими материалами позволяет добиться упрочнения стали, сохраняя при этом ее изначальную пластичность.

Одним из главных направлений исследования микроанализа считается определение доли вредных примесей и неметаллических включений (в процентах). Чаще всего роль вредной примеси играют сера и фосфор, из-за которых сталь приобретает такие свойства, как красноломкость и хладноломкость.

Чтобы металл мог применяться для производства изделий, доля этих двух элементов должна укладываться в установленные нормы. Благодаря контролю неметаллических включений удается установить содержание в стали оксидов, сульфидов, нитридов и других соединений. Отметим, что такие примеси могут влиять на металл как положительным, так и отрицательным образом.

3. Макроанализ.

Данный способ изучения представляет собой визуальное выявление дефектов металлических изделий, иными словами, с его помощью поверхность рассматривается при увеличении до 30 крат. Такое исследование позволяет обнаружить крупные дефекты поверхности или глубинных слоев металла. Нужно понимать, что макроскопические изъяны могут образовываться на любом этапе производства металлического изделия – от выплавки и до хранения. Чаще всего после выявления подобных деформаций металл забраковывают или возвращают на доработку.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Дефекты и повреждения металлоконструкций

Металлоконструкции, созданные на сварных и/или резьбовых соединениях, широко применяются в строительстве. Их использование позволяет упростить и ускорить сооружение несущих каркасов зданий, устройство кровель и фасадов, возведение мостов, создание малых архитектурных форм.

Металлоконструкции разделяют на стальные, предназначенные для восприятия серьезных нагрузок, и легкие из алюминиевых сплавов, применяемые в ограждающих элементах и при проведении отделочных работ. Качество создания и монтажа стальных несущих металлоконструкций регламентируют ГОСТы, ОСТы, СНиПы, СП.

Дефекты и повреждения стальных конструкций

Несоблюдение норм проектирования, нарушение правил создания и монтажа металлоконструкций приводят к отклонениям от проектных геометрических характеристик и нормативных параметров качества. Такие несовершенства, определяющие начальное состояние конструкции, называют дефектами.

В процессе эксплуатации металлоконструкции могут получить повреждения. Причины их появления: дефекты создания и монтажа, нарушение стандартных правил эксплуатации или оба этих фактора одновременно. Повреждения развиваются постепенно. Интенсивность этого процесса зависит от начального состояния конструкции, длительности эксплуатации, характера и силы внешних воздействий.

Выявить дефекты и повреждения металлических конструкций позволяет экспертиза, правила проведения которой регламентирует СП 13-102-2003.

Виды дефектов и повреждений

Дефекты и повреждения металлических конструкций по виду условно разделяют на следующие группы:

• Отсутствие части поперечного сечения, предусмотренного проектной документацией, или ослабление последнего из-за его замены при создании, установке, использовании конструкции. Поперечное сечение также ослабляют абразивный износ и коррозионные процессы. Характеристикой ослабления поперечного сечения является отношение фактической площади сечения к проектной.
• Прогиб элемента по длине. Одна из характеристик этого несовершенства – отношение прогиба к длине элемента.
• Трещины в теле металлических конструктивных элементов, сварных швах и околошовныхучастках. Продольные трещины характеризуются длиной, поперечные – отношением ослабленной площади к предусмотренной проектом или отношением длины трещины к ширине пораженного конструктивного элемента.
• Некачественные сварные швы. В перечень этих дефектов входят отсутствующие или неполномерные швы, а также изготовленные с нарушением технологических правил.
• Локальное искривление или вмятина. В этом случае измеряются длина или площадь искривленного участка.
• Отсутствие или ослабление крепежных деталей – резьбовых или заклепок. Дефект характеризуется отношением ослабленного или отсутствующего крепежа к его общему количеству.
• Смещение металлоконструкции относительно проектного положения. Характеризуется величиной смещения.
• Смещение элементов конструкции друг относительно друга. Измеряется значением взаимного смещения.
• Не предусмотренные в проекте зазоры в местах сопряжения элементов. Дефект характеризуется величиной зазора.
• Дефекты и повреждения лакокрасочного защитного покрытия металлоконструкций. Характеризуются площадью поврежденного антикоррозионного покрытия.
• Коррозионное разрушение тела элементов металлоконструкций и наплавленного металла. Измеряется толщиной слоя, поврежденного коррозией.

Разновидности основных дефектов и повреждений металлических конструкций по характеру и причинам возникновения

По характеру и причинам появления дефекты и повреждения металлоконструкций, находящихся в эксплуатации, разделяют на несколько групп.

Конструктивные

Эти дефекты возникают из-за ошибок в проектировании в случаях, если не были учтены все вероятные нагрузки, возможность изменения их величины, характера и/или направления во время эксплуатационного периода, вероятность колебаний температурного режима и влияния агрессивных сред. На эксплуатационные характеристики металлоконструкций негативно влияют недолговечные конструктивные и защитные материалы, заложенные в смете.

Производственно-строительные

Изготовление металлоконструкций осуществляется в заводских условиях или непосредственно на строительной площадке. В первом случае качество подготовительных, сварочных работ и мероприятий по нанесению антикоррозионных покрытий значительно выше.

Причинами дефектов и поврежденийна стадиях производства и монтажа металлоконструкций могут стать использование низкокачественных материалов, отклонение от допустимых проектных значений в ходе монтажа, проведение сварочных работ с нарушением технологических правил.

Производственно-строительные несовершенства металлоконструкций могут быть связаны снизким качеством антикоррозионного покрытия, частые дефекты лакокрасочного слоя:

• Кратеры – маленькие отверстия в окрашенном слое. Возникают из-за плохой подготовки поверхности, несоответствия типов растворителя и краски, слишком толстого окрашивающего слоя, присутствия в ЛКМ частиц или масел.
• Распространенный вид брака, при котором поверхность напоминает апельсиновую кору. Причина этого дефекта – нарушение технологических правил покраски металлоконструкций.
• Возникает из-за плохой подготовки поверхности и лакокрасочного материала, загрязнения сжатого воздуха при пневмораспылении.
• Появляется из-за неправильно подобранных вязкости ЛКМ и растворителя, нарушения технологических режимов нанесения и отверждения покрытия.
• Возникают на вертикальных и наклонных участках из-за некачественной подготовки поверхности, слишком высокой или низкой вязкости ЛКМ, неправильно выбранного давления воздуха при пневмораспылении, слишком маленького расстояния между краскораспылителем и поверхностью.

Эксплуатационные

Эксплуатационные повреждения возникают из-за ряда факторов, к которым относятся:

• Изменения во время эксплуатации условий окружающей среды. На целостность и долговечность конструкции отрицательно влияет длительное или периодическое воздействие высокотемпературных сред (воды, пара), агрессивных кислых или щелочных сред.
• Активное протекание коррозионных процессов из-за отсутствия своевременных антикоррозионных мероприятий.
• Приложение нагрузок, не предусмотренных проектом и приводящих к деформациям и утрате устойчивости металлоконструкций.

Разновидности повреждений в зависимости от вызывающих их воздействий

Воздействия, вызывающие появление повреждений, разделяют на следующие группы:

Механические (силовые)

Повреждения от силовых воздействий возникают в случаях, если на стадии проектирования были неправильно рассчитаны вероятные внешние нагрузки и внутренние усилия и, как следствие, неправильно подобраны сечения элементов. Еще одна возможная ошибка – неграмотное решение конструктивных узлов. Характерные признаки дефектов металлоконструкций, возникших из-за таких просчетов: трещины в теле элементов и сварных швах, ослабление резьбовых и клепочных соединений, искривления, локальные прогибы, абразивный износ и, как следствие, утрата устойчивости металлоконструкции.

Механические повреждения могут возникнуть из-за изменения по сравнению с проектными: сечений элементов, размерных характеристик сварных швов, количества и/или типа крепежных элементов. Причинами их появления также являются нагрузки при эксплуатации, превышающие проектные величины, нарушение при монтаже взаимного расположения металлоконструкций, резкие и сильные удары. Механические повреждения вызывают: вырезка отверстий, не предусмотренных в проектной документации, и удаление проектных связующих элементов.

Конструкции, на которые воздействуют динамические нагрузки (подкрановые балки, балки рабочих площадок), подвергаются усталостным повреждениям. Для них характерно появление трещин в основном металле, сварных швах и на околошовных участках, ослабление или полное разрушение заклепочных и резьбовых соединений.

Температурные

Высокотемпературное воздействие приводит к короблению элементов, повреждению антикоррозионных покрытий, отрицательные температуры – к появлению хрупких трещин.

Повреждения от высоких температур чаще всего возникают в металлоконструкциях, эксплуатируемых в горячих цехах. В таких конструкциях обычно предусматривают подвижные связи, способные свободно перемещаться при изменениях температурного режима. Если такие подвижные связи отсутствуют, то в конструкциях появляются дополнительные напряжения циклического характера. Они приводят к образованию трещин и искривлению отдельных элементов. При температурах +100°C разрушаются антикоррозионные покрытия, а при +300…+400°Cпроисходит коробление элементов малой и средней толщины.

Повреждения, вызванные отрицательными температурами, обычно возникают в стальных конструкциях, эксплуатируемых на открытом пространстве или в неотапливаемых помещениях. Особенно опасно резкое охлаждение. Часто хрупкие трещины при низких температурах появляются в металлоконструкциях, изготовленных из кипящих сталей.

Химические и электрохимические

В результате химических и электрохимических воздействий происходит коррозионное разрушение стали, повреждение антикоррозионных покрытий. Для стальных конструкций, используемых на объектах производственного назначения, характерна электрохимическая коррозия.

Коррозионные повреждения разделяют на следующие группы:

• Общие равномерные и неравномерные. Располагаются по всей поверхности конструкции. Уменьшают толщину элементов и повышают внутренние напряжения.
• Имеют вид язв, питтингов, сквозных отверстий. Значительно повышают внутренние концентрации напряжения, приводящие к хрупкому разрушению металлоконструкций при резких механических воздействиях и отрицательных температурах.

Решением проблемы появления и развития повреждений металлоконструкций является их усиление путем увеличения площади сечения элементов, использования дополнительных связей или изменением конструктивных схем.

Разрушение металлов

Разрушение металлов часто происходит вследствие появления и развития трещин (из-за механического воздействия). Это может быть как несколько трещин, расположенных рядом, так и одна магистральная, возникшая при слиянии более мелких. Способность сопротивляться такому процессу зависит от прочности и надежности материала и определяет его долговечность.

Вследствие воздействий внешней среды также может происходить химическое или электрохимическое разрушение металла – коррозия. Обработка поверхностей для защиты проводится в зависимости от агрессивных факторов. Подробнее о видах и причинах разрушения металлов читайте в нашем материале.

Виды разрушения металлов

Специалисты выделяют вязкое и хрупкое разрушение металлов, но эти виды объединяет общий механизм зарождения трещин. В большинстве случаев микротрещины образуются на фоне скопления движущихся дислокаций перед препятствием – перед границами блоков и зерен, перед слиянием дислокаций, пр.

Значительная плотность дислокаций приводит к их слиянию с одновременным формированием микротрещины. Трещина появляется в плоскости, перпендикулярной плоскости скольжения, при плотности дислокаций Ю10–1013 см-2. Существуют и безбарьерные механизмы образования трещин, например, на фоне взаимодействия дислокаций в кристаллической решетке.

При хрупком разрушении металла отрыв происходит, когда нормальные растягивающие напряжения достигают предельного значения сопротивления отрыву. Перед разрушением материал оказывается подвержен упругой, а в некоторых случаях и небольшой пластической деформации.

Хрупкое разрушение характеризуется сопротивлением отрыву и сопровождается кристаллическим изломом, который в большинстве случаев проходит по границам зерен. Тогда плоскость разрушения является перпендикулярной нормальным растягивающим напряжениям, а поверхность излома имеет «ручьистое» строение.

Хрупкая трещина распространяется с большой скоростью, приближенной к скорости звука, по этой причине данный тип разрушения металла известен как внезапный, катастрофический.

На практике чаще встречается не абсолютно хрупкое, а микропластическое разрушение. Дело в том, что когда материал находится в упругодеформированном состоянии, концентрация напряжений у вершины трещины вызывает пластическую микродеформацию.

Вязкое или пластическое разрушение металла можно описать как срез под действием касательных напряжений. Оно предполагает медленное распространение трещины при большой работе. Перед разрушением наблюдается большая пластическая деформация металла с поглощением энергии внешнего нагружения – данный эффект достигается благодаря вязкости материала.

В результате образуется волокнистый излом, особенности которого объясняются пластическим деформированием металла. Плоскость излома находится под углом, а его микростроение принято характеризовать как «чашечное».

С точки зрения микроструктуры разрушение металла делят на транскристаллитное и интеркристаллитное. В первом случае трещина распространяется по телу зерна, тогда как во втором проходит через его тело.

Факторы, влияющие на пластичное и хрупкое состояние металлов

Вязкостью называют способность материала поглощать механическую энергию внешних сил при помощи пластической деформации. С точки зрения физики, вязкость представляет собой энергетическую характеристику и выражается в единицах работы, например в Джоулях.

На показатель вязкости влияет химический состав металлов и сплавов, примененная термическая обработка и ряд прочих внутренних факторов. Не менее важную роль играют условия, в которых металл находится, а именно учитывают температуру, скорость нагружения, наличие концентраторов напряжения, вид напряженного состояния, размеры изделия. В зависимости от этих показателей, материал может быть вязким или хрупким.

Остановимся на каждом факторе более подробно:

Температурное воздействие

Изменение температуры сильно влияет на предел текучести ат, но почти не оказывает воздействия на сопротивление отрыву или SOT. При температуре Тв, то есть указывающей на верхний порог хрупкости, или ломкости, от < SQT, нагружение вызовет пластическое деформирование и последующее разрушение металла.

В этом случае материал оказывается в вязком состоянии. Тогда как при температурах Тн, то есть нижнего порога хрупкости, или хладноломкости, SOT < ат, разрушение не сопровождается пластической деформацией. Значит, можно говорить о том, что металл пребывает в хрупком состоянии.

Стоит пояснить, что под хладноломкостью понимают склонность металла к переходу в хрупкое состояние на фоне снижения температуры. В число хладноломких входят железо, вольфрам, цинк и другие металлы, характеризующиеся объемно-центрированной кубической (ОЦК) и гексагональной плотноупакованной (ГПУ) кристаллической решеткой. Металлы и сплавы с гранецентрированной кубической или ГЦК-решеткой не относятся к хладноломким, поэтому могут применяться в криогенной технике.

Скорость деформации

При переходе от статического нагружения к динамическому возрастает предел текучести, а сопротивление отрыву почти не зависит от скорости деформации. Увеличение скорости деформации приводит к тому, что хрупкость металла проявляется при более высокой температуре. Если металл при статическом нагружении остается вязким, то динамическое нагружение способно спровоцировать его переход в хрупкое состояние.

Наличие концентраторов напряжения

Под концентраторами напряжений понимают надрезы, отверстия, выточки, канавки, включения – они оказывают значительной воздействие на материал, приводя к повышению его хрупкости. Чаще всего очагами хрупкого разрушения металлов становятся трещины. Для надреза характерна концентрация напряжений у его вершины. Чем больше глубина надреза и чем он острее, тем большее влияние металл испытывает под действием коэффициента концентрации напряжений.

Пластичным материалам свойственна местная пластическая деформация около вершины надреза при Оmax > SQr. Сам металл упрочняется, уменьшается острота надреза, снижается концентрация напряжения, благодаря чему достигается надежная работа изделия. Если материал не склонен к местной пластической деформации, у вершины надреза формируется трещина, а ее развитие вызывает хрупкое разрушение.

Напряженное состояние

Важной характеристикой различных способов нагружения является коэффициент мягкости =max⁡ /Smax, где max⁡ – наибольшие касательные напряжения; Smax – наибольшие растягивающие напряжения. Для осевого сжатия ос = 2; для кручения – 0,8; для осевого растяжения – 0,5. Сжатие металла сопровождается вязким разрушением путем среза, перед которым наблюдается пластическая деформация. Тогда как растяжение того же материала вызывает хрупкое разрушение путем отрыва.

Масштабный фактор

Речь идет о влиянии размеров изделия на разрушение металлов и сплавов. Дело в том, что при увеличении массы повышается вероятность присутствия дефектов в объеме материала, которые могут запустить процесс разрушения.

Усталостное разрушение металлов

Усталость – это разрушение металлов на фоне повторных нагрузок либо связанных с изменением знака напряжений. Она наблюдается у пружин автоматики, деталей кулачковых и любых иных механизмов, постоянно претерпевающих нагружение и последующеее разгружение, растяжение и сжатие или многократно повторяющиеся ударные и плавно возрастающие нагрузки.

Например, материал валов, которые передают крутящий момент, подвержен изгибу с вращением. Из-за этого наблюдается многократное изменение знака напряжения, то есть растяжение сменяется сжатием.

От других видов усталостное разрушение металлов отличается внезапным характером, оно не сопровождается видимыми внешними признаками предварительной пластической деформации. Обычно в усталостном изломе присутствуют две характерные зоны: с гладкой и неровной поверхностью. Первая формируется при постепенном развитии трещины, а другая представляет собой область, в которой произошел излом оставшейся части сечения.

Усталостное разрушение свойственно деталям, функционирующим при напряжении, не достигающем напряжения предела текучести металла. Формирование подобных трещин объясняется строением материала, то есть присутствием различно ориентированных зерен, блоков, включений неметаллической природы, микропор, дислокаций и твердых дефектов решетки.

Под усталостью понимают постепенное накопление повреждений из-за повторно-переменных напряжений, что в итоге вызывает растрескивание и механическое разрушение металла изделия.

Помимо усталости, существует и противоположное свойство – выносливость, то есть способность материала сопротивляться усталости.

Теоретический предел выносливости представляет собой наибольшее напряжение цикла, с которым металл справляется без последующих разрушений при бесконечно большом количестве циклов нагружения.

Предел выносливости определяют, исходя из заданного числа циклов нагружения N. Например, у стали этот показатель составляет 107, у цветных металлов N = 108. В большинстве случаев для выяснения предела выносливости проводят испытание образца на изгиб с вращением со знакопеременным симметричным циклом напряжений.

Данная характеристика во многом связана с качеством обработки поверхности металла. Так, при зачистке грубым напильником предел выносливости сокращается на 20 % по сравнению с аналогичным показателем полированного металла. А наличие коррозии приводит к его многократному снижению.

Химическая коррозия металлов

Такое разрушение металлов происходит в среде, неспособной передавать электрический ток. Например, данный процесс запускается при нагреве, что приводит к образованию сульфидов (химических соединений) и различных видов пленок. Сплошные пленки могут быть непроницаемыми.

В итоге коррозия и разрушение поверхности металла останавливается, так как материал оказывается законсервированным. Подобным слоем защищена поверхность алюминия, хрома, никеля, свинца. На стали и чугуне пленка непрочная и не может препятствовать разрушению более глубоких слоев изделия.

Выделяют два типа химической коррозии:

Газовая появляется на поверхности металла под действием агрессивной среды газа, пара при повышенной температуре. Особенность таких условий состоит в том, что в горячей среде на поверхности нет конденсата. Химическая коррозия может быть спровоцирована кислородом, диоксидом серы, водяным паром, сероводородом, пр. В результате наблюдается абсолютное разрушение активного металла, кроме ситуаций, когда он находится под защитой плотной пленки.

Для запуска жидкостной коррозии необходимы жидкостные среды, неспособные передавать электричество. Чаще всего такой эффект достигается при контакте металла с сырой нефтью, нефтепродуктами, смазочными материалами. Если в указанных веществах присутствует вода в небольших объемах, коррозия становится электрохимической.

При любом виде химической коррозии скорость разрушения металла зависит от химической реакции, при которой окислитель проникает сквозь поверхностную оксидную пленку.

Электрохимическая коррозия металлов

Для электрохимической коррозии необходима среда, передающая электрический ток. Подобный процесс приводит к изменению состава металла, ведь атомы покидают кристаллическую решетку на фоне анодного или катодного влияния. В первом случае ионы металла переходят в окружающую жидкость. Во втором – получаемые при анодном процессе электроны связываются с окислителем.

Чаще всего встречается электрохимическая коррозия под действием водорода или кислорода, что важно учитывать при защите металлов от разрушений. Дело в том, что металлические изделия обычно испытывают на себе влияние влажной среды во время хранения и использования.

Электрохимическая коррозия может быть нескольких видов:

• Электролитная. Обязательным условием для нее является контакт металла с растворами солей, кислотами, основаниями, обычной водой.
• Атмосферная. Протекает под действием влажной атмосферы и является наиболее распространенной, так как ей подвержено подавляющее большинство предметов из металла.
• Почвенная. Является результатом контакта металлического изделия с влажной почвой, в которой нередко присутствуют различные химические элементы, обеспечивающие более активное разрушение металла. Кислые почвы способствуют повышенной скорости протекания коррозии, а песчаные оказывают самое медленное влияние.
• Аэрационная. Относится к самым редким видам коррозии – ее основным признаком является неравномерный доступ воздуха к разным поверхностям металла. Неоднородное воздействие приводит к разрушению линий переходов между разными участками.
• Морская коррозия металлов. Это еще один из видов разрушения металлов под действием окружающей среды – процесс происходит из-за контакта с морской водой. Его выделяют как отдельный тип, так как речь идет о жидкости с большой долей солей и растворенных органических веществ в составе. Данные характеристики обеспечивают морской воде повышенную агрессивность.
• Биокоррозия. Металл может разрушаться и под действием бактерий, ведь в процессе своей жизнедеятельности подобные живые существа вырабатывают углекислый газ и другие вещества.
• Электрокоррозия. В данном случае разрушение металла объясняется воздействием на него блуждающих токов. Обычно подобные процессы протекают в подземных сооружениях, например, им подвержены рельсы метрополитена, стержни заземления, трамвайные линии, пр.

Рекомендуем статьи

На производстве в состав стали нередко добавляют легирующие компоненты, защищающие металл от образования очагов коррозии всех либо только некоторых типов. В качестве легирующего элемента может использоваться хром – он должен составлять не менее 13 % от общего объема сплава. Помимо этого, предотвратить появление коррозии на стали без применения легирующих добавок позволяют конструктивные, пассивные и активные методы антикоррозионной защиты.

Читайте также:

  
• Что такое оплавление металла
  
• Можно ли сдавать металл до 18 лет
  
• Сварка металла 8 мм
  
• Профиль коробки металлической двери с терморазрывом
  
• Высечной станок по металлу