Что понимают под безупречным цинкованием
При этом, на металлоконструкциях, помещаемых в расплав цинка отсутствуют какие-либо дефекты. При этом на поверхности стали или чугуна образуется железоцинковый слой, а поверх него расплав цинка. Конструкции с толстостенной структурой или заготовки из сталей, быстро реагирующих с цинком, на поверхности образуется только железоцинковый слой. Если технология цинкования предполагает погружение в ванны с алюминием, то происходит подавление железоцинкового слоя, и на поверхности остается только слой цинка.
Особенности формирования цинкового слоя
Железоцинковый слой на внешней части стальных и чугунных деталей образуется при погружении заготовок. При вынимании их из ванн, на поверхности формируется дополнительный слой цинкового расплава. Его полное застывание происходит после охлаждения деталей. Толщина деталей изменяется за счет появления цинкового покрытия. Конструкции, обладающие высокой теплоемкостью, остаются покрытыми только железоцинковым сплавом. Изделия, в составе которых присутствует кремний 0,3-0,12 и более 0,2 % имеют на поверхности не плотный, а рыхлый слой железоцинкового сплава. При увеличении продолжительности погружения его толщина увеличивается. При это внешний цинковый слой на деталях отсутствует.
При наличии в расплавленном цинке около 0,07 % алюминия формирование железоцинкового слоя на поверхности заготовок замедляется. Происходит образование тонких слоев железоцинковых сплавов с содержанием алюминия. На скорость и особенности формирования такого слоя влияют температура, продолжительность погружения и количество алюминия в цинковом расплаве. Такие покрытия имеют меньшую толщину и состоят в основном из слоя цинка.
Распознавание
При использовании технологии на поверхности деталей появляется блестящее покрытие. Внешне затвердевший цинковый слой имеет характерную структуру в виде листиков папоротника. На поперечном разрезе видны четкие границы стальной детали, железоцинковый слой и слой цинка.
На заготовках с переменной толщиной области с большей теплоемкостью сереют, за счет формирования железоцинкового сплава. Стальные конструкции, в которых имеется критичный % кремния становятся серыми из-за быстрого образования железоцинкового сплава при остывании. На поперечном срезе таких деталей хорошо видны мелкие кристаллы фазы, образовавшиеся в цинковом слое. Если в составе сплава более 0,2% кремния, то размеры кристаллов больше, кроме того при этом видны мелкие кристаллы фазы у слоя подложки.
В расплавленный цинк при горячем цинковании добавляют незначительное количество алюминия.
Трещины
К ним относятся уже имеющие на поверхности деталей дефекты. Обычно это трещины образующиеся при закалке. Заметить дефекты, которые были на металле до цинкования можно только после самого цинкования. Для них характерно не полное заполнение железом и цинком. На поперечном разрезе видно, что на боковой поверхности присутствует окалина. Такие трещины можно спутать с дефектами, возникающими в результате охрупчивания. Для последних характерно заполнение цинковым и железным слоем самых маленьких по размеру разрывов. При обнаружении трещин до цинкования, такие заготовки отбраковываются.
Охрупчивание (искусственное старение)
При таком дефекте подвергаются изменениям свойства цинкуемой детали за счет теплового воздействия, оказываемого нагретым цинком. Искусственному старению прежде всего подвержены детали при холодной деформации или быстром остывании. При механическом напряжении без деформации они подвержены разлому.
Хрупкость бывает настолько интенсивной, что оцинкованные детали ломаются во время использования в строительстве под действием резкого напряжения и низких температурах окружающей среды.
Хрупкое разрушение в результате искусственного старения сложно спутать с другими дефектами и легко распознать. Ему подвержены только металлоконструкции, изготовленные из кипящих сталей. Спокойные стали не подвержены искусственному старению вследствие температурных перепадов.
Охрупчивание из-за внутреннего напряжения
Попадая на поверхность металла расплавленный цинк при наличия высокого напряжения в металлоконструкции проникает к границам зерен, что приводит к растрескиванию, и разрыву металла вдоль границы зерен.
Эти разрывы легко определяются визуально. Из-за неполного заполнения трещин такого типа слоем железа и цинка, их можно спутать с трещинами, которые были на поверхности еще до цинкования. Для предотвращения таких дефектов следует перед цинкованием снижать внутреннее напряжение.
Поводки и искривления
При искривлении меняется форма и размеры цинкуемых деталей. При сильном искривлении могут образовываться трещины. Причиной искривлений является остаточное напряжение, а также неправильное погружение деталей в ванны с цинковым раствором. Искривленные элементы заготовок легко обнаруживаются при визуальном осмотре. Их сложно спутать с другими дефектами. Только в некоторых случаях искривления можно принять за разрывы при наличии трещин. Чтобы избежать возникновения искривлений следует быстро погружать детали в емкости с цинком.
Трещины по типу сетки
Такие трещины распространяются с нижнего слоя металла до его поверхности. Они выглядят как сетка и распространены в заготовках, произведенным методом холодного проката из тонкой стали, содержащей кремний. С одного бока трещины открыты и как бы пронизывают поверхность через железоцинковый слой и цинковый сплав.
Чаще всего трещины такого типа возникают при застывании цинкового слоя при охлаждении заготовок. Они образуются за счет прорастания железоцинкового сплава в разные стороны и в некоторых случаях приводят к разрыву поверхности детали.
Для предотвращения трещин заготовки из кремний содержащих сталей холоднокатаного типа с тонкой структурой должны подвергаться перед цинкованием отжигу. Это уменьшает внутреннее напряжение в металле и исключает образование поводок, искривлений или сетчатых трещин.
Шероховатая структура покрытия
Шероховатыми считаются поверхности с грубой и шершавой структурой. Они образуются вследствие цинкования деталей с шероховатой поверхностью. После нанесения на такую поверхность горячего слоя цинка, она не становится гладкой, а наоборот, ее шероховатость увеличивается.
Вторя причина образования шероховатостей – наличие возвышенностей на поверхности, где быстрее образуется железоцинковый слой, чем в углублениях. На внутренних поверхностях деталей шероховатости появляются из-за неравномерного стекания цинкового сплава с оцинкованной детали.
Шероховатость поверхности определяется невооруженным взглядом.
Шероховатость обычно проявляется на ограниченных участках. При точечных шероховатостях убедиться в их наличии можно только проведя металлографические исследования.
До конца природа появления шероховатостей не изучена. Частично причина состоит в наличии в металле критичных уровней кремния и фосфора.
Иногда подавить рост шероховатостей можно используя до цинкования отжиг поверхностного слоя. Такая технология позволяет частично добиться гладкости деталей.
Волнистое или полосчатое покрытие
Параллельные полосы различной толщины, длины и ширины на поверхности оцинкованного металла обычно располагаются в направлении проката. Они возникают при взаимодействии кристаллической решетки верхнего слоя и расплавленного цинка. Также появление полос обусловлено особенностями предварительной механической обработки поверхности перед цинкованием. Также причиной образования волн или полос может быть при локальном повреждении верхнего слоя металла. На таких участках образуются толстые слои в виде полосчатых возвышений.
При таких дефектах на поверхности возвышения образуется рыхлый металлоцинковый слой, а в углублениях – слой с более плотной структурой. Полосчатые уплотнения обнаруживаются невооруженным взглядом, так как они несколько возвышаются на поверхности и имеют четкие границы. Внешне они напоминают царапины.
Обычно полосчатые углубления располагаются на поверхности хаотично. В углублениях при поперечном разрезе заметны плотные слои железоцинкового расплава. Дефекты имеют характерный внешний вид и их тяжело спутать с другими видами. Однако иногда ровные полосы могут быть похожими на полосчатые уплотнения. Для определения типа дефекта в таком случае требуется проведение металлографических исследований.
Приины появления дефекта до сих пор не выяснены. Иногда его можно предотвратить за счет предварительного отжига верхнего слоя металла до цинкования.
Чешуйчатые отслоения
Обычно отслоения имеют плоскую форму и расположены в верхнем слое прокатной детали. После горячего цинкования такие отслоения становятся еще более заметными. Обычно они возникают во время проката. При цинковании сплав железа и цинка проникает в пространство между отслоением и основным материалом и способствует тому, что края дефектных элементов еще больше отделяются от поверхности основного материала.
Отслоения легко распознаются. Они могут быть в форме язычков (большие) и в форме точек или полос (маленькие). В поперечном разрезе такие отслоения хорошо видны. Дефект иногда принимают за бугры.
Перед цинкованием чешуйчатость поверхности следует удалять механически. Мелкие чешуйки можно устранить при помощи отжига.
Заусенцы
Заусенцы – это тонкие, преимущественно длинные частицы, возникающие в процессе производства. Они могут образовываться при сварке, гравировке, выдавливании или фрезеровке. После горячего цинкования заусенцы становятся более выраженными и заметными.
Заусенцы могут как отрываться от поверхности, так и прилипать к ней. При травлении они отпадают, во время погружения в цинковый слой, плавающие в ванне частицы могут прилипать к обрабатываемой заготовке.
Внешне дефекты похожи на вздутые или плоские линии. Их сложно перепутать с другими повреждениями, но иногда можно принять кислотную коррозию. Для предотвращения заусенцев стружку удаляют механическим способом. Свободно прилипшие элементу удаляют быстрым травлением или отжигом.
Подгар при цинковании чугуна
При таком дефекте на поверхности образуется шероховатое грубое и неравномерное покрытие с черными вкраплениями. По краю оцинкованных изделий могут появляются вспучивания.
Подгар образуется из-за окисления чугунных заготовок в процессе закалки. Мелкие окисленные частицы ухудшают качество цинкования и становятся причиной появления грубого слоя с шероховатостями на поверхности деталей. Вспучивается обычно подгорелый слой на поверхности чугуна. Если на поверхности после цинкования образовался подгар, следует учесть, что частицы могут окисляться изнутри.
Подтеки или плоские наплывы
Дефект представляет собой утолщения цинкового слоя, возвышающегося над покрытием и имеющего вид полос. Иногда подтеки собираются в капли.
Плоские наплывы появляются при несоответствии скорости вынимания детали из емкости и вязкости расплавленного материала. Вязкость возрастает и скорость стекания цинка замедляется. В образованных наплывах содержаться мелкие кристаллы железоцинкового сплава, а иногда и пузыри или пустоты.
При быстром извлечении равномерность стекания нарушается, что становится причиной образования плоских наплывов. Дефект чаще всего образуется при цинковании с добавлением алюминия. На поверхности цинкового слоя при этом образуется тонкая пленка оксида алюминия, которая при небольшой тряске разрушается и способствует образованию наплывов.
Плоские наплывы выглядят характерным образом. Но иногда их можно принять за полосчатое покрытие. Для определения причины образования наплывов необходимо проведение металлографических исследований.
Часто наплывы образуются вследствие оставшихся на поверхности солей железа после травления. Для исключения дефекта перед флюсованием соли железа тщательно смываются. Кроме того, не рекомендуется во время вынимания деталей из емкостей с цинком подвергать их встряске.
Наплывы капельного типа
Дефект представляет собой капли из цинка, которые при остывании затвердевают. Слезы образуются вследствие поверхностного натяжения цинка, что способствует его неравномерному стеканию. Поверхностное натяжение сильно возрастает на участках, где образуется окись цинка.
Причиной появления окиси цинка является оставшаяся на материале окалина. Этот дефект легко определяется невооруженным взглядом. Для его удаления выполняется раскисление.
Черные пятна
Черные пятна образуются на поверхности неоцинкованных изделий и имеют неправильную форму. Они появляются на тех участках, которые не проконтактировали с цинковым слоем. Они могут появиться на загрязненной поверхности. Иногда они возникают вследствие выгорания флюса.
Перед травлением с поверхности заготовок обязательно следует удалять формовочный песок и шлаки, используя дробеструйную обработку, также проводят обезжиривание с использованием органических составов.
Разъедание и коррозия
Разъедание – большие и достаточно глубокие дефекты. Обычно этим дефектам подвержены стали, содержащие большое количество сульфида, оксидов или шлаков. Разъедание – результат сильного травления, при котором происходит самопроизвольное разложение стали. Дефект хорошо виден в поперечном разрезе и максимально точно определяется при металлографическом исследовании. Избежать дефекта можно сократив время травления.
Вздутия при травлении
Пузыри выглядят как небольшие возвышения на поверхности. Они являются результатом отслоения цинкового покрытия. Причина образования пузырей – водород. Данный дефект характерен для сталей низкой прочности.
Водород скапливается на поверхности заготовок вокруг загрязнений, при нагреве во время погружения в цинк он выделяется и принимает форму пузырей, создавая эффект отслоения.
Пузыри легко заметны. В поперечном разрезе дефект выглядит как эллипсы. Для предотвращения используют быстрое и сильное травление.
Водородная хрупкость
Этот дефект развивается при повреждении заготовки водородом, попавшим при травлении в изделие. При напряжении под действием растяжения детали становятся хрупкими и ломаются.
В процессе травления водород проникает в толщу материала в атомарной форме. Он скапливается на границе зерен и преобразуется в молекулярную форму, повышающую хрупкость стального элемента.
Замедленное разрушение, являющееся следствием водородной хрупкости, обеспечивает возможность увидеть зону начального растрескивания. Обычно трещины проходят по границам кристаллов. Они могут быть спутаны с трещинами другого и типа. Предотвратить дефект можно используя при протравливании концентрированных растворов соляной кислоты.
Травильные и флюсовые выделения
Образуются на месте трещин, раковин или пор. Из-за содержания солей железа они имею красно-коричневый цвет. Они появляются из-за остатка в углублениях материала травильного или флюсового растворов. Это в результате может привести к процессам коррозии и разрушениям.
Дефект легко отличим от других видов дефектов. Для предотвращения следует обследовать материал до цинкования на наличие пор.
Бугорки
Это возвышения различной формы и размера на поверхности. Расположение их хаотично и может быть, как группами, так и по отдельности. Основная причина дефекта – примеси в ваннах для цинкования. Они оседают на поверхности деталей при цинковании. Образование бугорков характерно при наличии в емкостях гартцинка или соединений алюминия с железом. Обычно бугорки образуются из-за крупных примесей, медленно всплывающих на поверхность.
Бугорки легко определяются визуально, о иногда их путают с шероховатостями. Чтобы исключить образование дефекта, частицы примесей удаляют из емкостей с цинковым расплавом. А гартцинк образуется в случае различных температур верхней и нижней частей ванн.
Свинцовая пена
Внешне выглядит как неровные бугры на поверхности, имеющие разные размеры и форму. Образуется при плавлении цинка и оседает на дно емкости. Она образуется при плавлении цинка, оседая на дне емкости. Свинец оседает на поверхность цинкуемых заготовок и образует легко распознаваемые бугры. Определить происхождение таких дефектов может только металлографическая экспертиза. Избежать появление свинцовых бугров можно периодически перемешивая расплавленный цинк в ванной.
Изменение цвета
Дефектны участки с измененным цветом не имеют строгой формы и размера. Они могут образовываться сразу после вынимания деталей, а также после просушивания. Появляются такие зоны вследствие наличия в расплаве следов посторонних элементов, при реакции которых с цинком образуются окислы. Этот дефект легко распознать. Для его исключения следует при цинковании использовать более чистый по составу расплав.
Капли и подтеки
Чаще всего дефект появляется после вынимания заготовок из ванн с расплавленным цинком. Ему больше всего подвержены трубы в местах сварочного грата (внутренняя сторона). Капли появляются из-за наличия остатков цинка на изделии. Их удаляют механическим способом, или используют для удаления вибрацию.
Зола и флюсованые остатки
Дефект имеет характерный серый или желтоватый цвет. ОН возникает из-за неметаллических отложений и состоит из окиси цинка с хлористым цинком. Зола и флюсовые остатки крепко прилипают к заготовкам при вынимании. Этот дефект легко распознается. Чтобы избежать его появления следует золу и остатки флюса до и после цинкования, используя для этого щетку.
Склеивание
Обычно склеивания образуются при одновременном цинковании сразу нескольких заготовок. При этом после вынимания детали могут склеиваться между собой. Чтобы избежать этого необходимо тщательно следить за тем, чтобы конструкции не соприкасались.
Отпечатки
Образуются на месте вдавливания цинка и возникают вследствие ударов инструмента по не застывшему слою железа и цинка. Чтобы избежать образования отпечатком не следует дотрагиваться до заготовок инструментом, пока слой цинка не застыл.
Серое покрытие
Участки с тусклым серым или светло-серым цветом. Такие зоны образуются в тех местах, где нет непрерывного наружного слоя цинка. Обычно появляются на поверхностях металла, с критичным содержанием кремния. Появляется дефект сразу после извлечения и может образовываться при слишком медленном остывании заготовок.
Дефект легк отличим визуально. На поперечном разрезе хорошо видны зоны, на которых отсутствует цинковый слой и есть только железоцинковый слой. При цинковании сталей с критичным содержанием кремния предотвратить такой дефект сложно. Уменьшить его количество можно используя быстрое охлаждение.
Отслоения
Это участки, на которых цинковый слой отделяется от покрытия. Образованию дефекта подвержены участки с толстым железоцинковым слоем и ровной поверхностью. Причина образования отслоений – удары, упругая или пластичная деформация. Иногда отслоения путают со сколами.
Шелушение
Шелушение часто возникает из-за реакции стали и цинка, при создании на границе контакта материалов пор. Также причиной шелушения является слишком медленное остывание заготовок, при котором заготовки сложены друг на друга. Иногда шелушение путают с отслоением. Чтобы избежать дефекта, после цинкования детали охлаждают до температуры ниже 200 градусов Цельсия.
Белая ржавчина
Белые пятная на поверхности оцинкованных деталей состоят из оксидов и гидроксидов цинка. Они появляются при коррозии цинкового слоя из-за нарушения условий хранения заготовок – высокая влажность, высокая конденсация, а также при наличии во влажном воздухе паров кислот и солей. Дефект легко распознается. Для предотвращения необходимо строго соблюдать условия хранения.
Точечная коррозия
Имеет золотисто каштановый цвет и при сильном окислении способна проникать до зоны подложки стали. Ее возникновение обусловлено попаданием на поверхность агрессивных гигроскопических твердых материалов, которые при реакции с влажным воздухом активно разъедают цинковый слой. Дефект легко отличим. Для его предотвращения следует избегать того, чтобы оцинкованный заготовки соприкасались с твердыми агрессивными субстанциями.
Коричневая окраска
Появление дефекта вызывает процесс коррозии с образованием гидроксида железа. Такой дефект часто путают с обычной ржавчиной. В поперечном сечении видно поврежденный коррозией цинковый слой. Образование дефекта зависит от условий, в которых находятся детали после цинкования.
Посторонняя ржавчина
Имеет выраженный красно-коричневый цвет. Она легко смывается и переносится на другие заготовки – с не оцинкованных на оцинкованные. Иногда ее принимают за коричневую окраску.
Пузыри
Дефект образуется за счет действия водорода на цинковый слой при образовании коррозии во влажной среде. Внешне выглядит как плоские лопнувшие пузыри. Место локализации – граница межу железоцинковым и цинковым слоем.
Они легко распознаются, но иногда принимаются за пузыри, образованные при травлении. Но в данном случае нет коррозийных образований.
