Брак конструкционных металлов, сварных и паяных соединений. Причины, устранение

- 2 -
УДК 621.791 
ББК 34.441 
Г37 
Герасимова, Л. П. 
Г37 
 
Брак конструкционных металлов, сварных и паяных соединений. Причины, устранение : справочник / Л. П. Герасимова, 
Ю. П. Гук. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 
272 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1580-4  
Систематизированы сведения о характерных дефектах 
(стали, алюминиевые, титановые, никелевые сплавы), их сварных и паяных соединений. Описаны морфология дефектов, 
условия и причины их образования, способы предупреждения 
или исправления, влияние на свойства. Показано влияние дефектов металла на качество сварных и паяных соединений. 
Для научных и инженерно-технических работников металлургической и машиностроительной отраслей промышленности, для специалистов, занимающихся контролем качества 
продукции. Будет полезно студентам средних и высших учебных заведений. 
УДК 621.791 
ББК 34.441 
ISBN 978-5-9729-1580-4 ” Герасимова Л. П., Гук Ю. П., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

- 3 -
ПРЕДИСЛОВИЕ 
До настоящего времени металлические конструкционные материалы 
продолжают занимать главенствующее положение в машиностроении. 
Поэтому повышение качества производимой из них металлопродукции 
является актуальной задачей, особенно в условиях дальнейшей интеграции 
России в единое  
мировое экономическое сообщество. 
Решение этой задачи возможно при активной работе специалистовметалловедов, связанных, во-первых, с совершенствованием технологии 
производства, обеспечивающего за счет обратной оперативной связи недопустимость появления бракованной продукции (низкие неоднородные свойства, дефекты), приводящей к снижению работоспособности или к преждевременному разрушению изделий в процессе эксплуатации, во-вторых, 
с разработкой новых материалов, существенно улучшающих требуемые 
свойства, в том числе с созданием новых конструкционных наноматериалов. 
В справочнике основное внимание уделено систематизированным 
сведениям о характерных дефектах в конструкционных металлах (стали, 
алюминиевые, титановые, никелевые сплавы), их сварных и паяных соединениях, возникающих на различных переделах изготовления металлопродукции. 
Описание дефектов, сопровождаемое обширным иллюстративным 
материалом, позволит ускоренно и надежно идентифицировать дефекты, 
выбрать способы предупреждения, исправления или устранения их на 
различных этапах производства. 
Разнообразные методы испытаний (металлографические, механические, коррозионные, неразрушающий контроль, контроль износостойкости, химического состава, технологический контроль, контроль покрытий, 
контроль порошковых материалов, контроль сварных и паяных соединений, 
также необходимая аппаратура, дают возможность выбрать оптимальные 
методы контроля качества конкретного материала в конкретных условиях 
работы с учетом имеющегося испытательного и исследовательского оборудования. 
Все эти методы подробно описаны в справочниках: 
1. Практическая металлография. Герасимова. Л. П., Гук Ю. П. 2022 г.
2. Контроль качества конструкционных материалов. Герасимова Л. П.,
Гук Ю. П. 2023 г. 
3. Стандартные методы контроля качества металлических материалов
сварных и паяных соединений. Герасимова Л. П., Голубков Д. Е., Гук 
Ю.П., 2007 «ЭКОМЕТ», 665 стр. 

- 4 -
ГЛАВА 1. БРАК КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ 
В этой главе описаны характерные дефекты сталей, причины их образования, 
способы предупреждения и устранения, влияние на свойства. 
Виды дефектов, их наименование приведены с учетом ГОСТ 30242-97. В каждом разделе приведены иллюстрации, содержащие виды описанных дефектов, которые позволяют ускорить, повысить надежность и достоверность идентификации дефектов, устанавливать вероятные причины их возникновения и оперативно принимать меры по их устранению. 
1.1. ДЕФЕКТЫ В СЛИТКАХ И ОТЛИВКАХ 
1.1.1. Внутренние дефекты 
Газовая раковина (рис. 1.1) 
Описание. Полость, имеющая округлую или вытянутую форму со сглажен- 
ной поверхностью, расположенная в теле слитка или отливки (закрытая рако- 
вина) или выходящая на поверхность (открытая раковина). Открытая газовая 
раковина имеет темную, окисленную поверхность, закрытая — может иметь как 
темную окисленную, так и светлую неокисленную поверхность. Газы, вы- 
деляющиеся из металла при его затвердевании, образуют открытую или закры- 
Рис. 1.1. Газовая раковина. 
 
Поперечное сечение слитка 
тую газовую раковину, газы, внедрив- 
шиеся в металл извне, — открытую 
газовую раковину. В отливках газовая 
раковина преимущественно образует- 
ся в массивных частях. 
Дефект выявляется визуально или 
методами просвечивания. 
Причины образования: 
1)
повышенное содержание газов в металле возможно за счет: влажных шихтовых материалов, повышенной влажности дутья и топлива, нарушения режимов кипения и рафинирования расплава, недостаточного 
раскисления стали, отсутствия защиты 
металла при выпуске и разливке; 

- 5 - 
 
2) в слитках кипящей стали газовые раковины образуются вследствие реак- 
ций газообразования при затвердевании металла. 
Способы предупреждения. Предупреждению образования газовых раковин в 
слитках и отливках способствуют следующие меры, уменьшающие газонасы- 
щенность жидкого металла: 
1) просушка и прокаливание шихтовых материалов, ферросплавов, модификаторов, раскислителей, изложницы, формы, ковша; 
2) применение сухого дутья и обезвоженного топлива; 
3) раскисление и модифицирование стали в зависимости от способа вы- 
плавки и химического состава; 
4) соблюдение температурно-временных параметров выплавки и разливки расплава, зависящих от химического состава металла, методов 
выплавки и разливки; 
5) рациональный выбор параметров и конструкции прибылей и 
литниково- 
питательных систем, в том числе: 
௅ подбор геометрических и теплофизических параметров прибыли; 
௅ подбор геометрических параметров литниковых систем при сифонной раз 
ливке слитков; 
௅ выбор режима наполнения металлом тела прибыли слитка (отливки) в заданном гидравлическом режиме, характеризующемся 
временем заполнения различных частей слитка (отливки) и температурой жидкого металла; 
6) тщательная подготовка и сушка форм, изложниц, прибылей и литниковых систем (обмазка, просушка, чистка и т. д.). 
Способы устранения. Закрытые газовые раковины с неокисленной поверх- 
ностью стенок могут завариваться при горячей деформации слитка. Закрытые 
газовые раковины в отливках (слитках) не устраняются. Открытые газовые ра- 
ковины, а также газовые раковины, вскрытые в результате обрезки прибылей 
или зачистки поверхности слитка, устраняются заваркой. 
Влияние на свойства. В слитках закрытые газовые раковины с окисленной 
поверхностью стенок могут быть причиной образования расслоений в дефор- 
мированном металле и снижать механические свойства. Закрытые газовые ра- 
ковины в отливках могут приводить к образованию трещин различного типа  
и 
к снижению эксплуатационных свойств изделий. 
 

- 6 - 
 
Внутренние пузырьки (рис. 1.2) 
Описание. В литом металле это не связанные с поверхностью газовые по- 
лости округлой или вытянутой «канальчатой» формы, располагающиеся в виде 
отдельных образований, строчек, скоплений или пузырьков, соединенных ме- 
жду собой каналами во внутренних объемах слитка или отливки. Внутренние 
пузырьки, расположенные в виде скоплений, называют обычно сотовыми пу- 
зырьками. Пузырьки имеют гладкую поверхность (в отличие от усадочной рых- 
лости, на поверхности которой наблюдается дендритная структура). Иногда 
вокруг крупных пузырьков располагаются мелкие пузырьки. Размер пузырьков 
колеблется от долей до нескольких миллиметров. Внутренние пузырьки рас- 
полагаются в спокойной стали преимущественно в головной части слитка,  
в кипящей стали — по телу слитка. 
Газовые пузырьки выявляются на макрошлифах и в изломах. 
Причины образования. В образовании внутренних пузырьков основную роль 
играет высокая концентрация растворенных в жидком металле газов. Причи- 
нами высокой газонасыщенности расплава служат высокая температура стали 
при выплавке и недостаточная степень ее раскисления и рафинирования. По- 
вышенное содержание газов связано в основном с влажностью шихты, шлако- 
образующих материалов и лигатуры. Источником водорода может быть также 
ржавая шихта, адсорбировавшая влагу. 
Способы предупреждения: 
1) сушка (прокалка) и подогрев шихты, лигатуры и шлакообразующих ма- 
териалов; 
2) оптимальное рафинирование и раскисление жидкого металла; 
3) защита от вторичного окисления при выпуске и разливке жидкого метал- 
ла (защита аргоном, разливка под слоем шлака и т. д.); 
 
Рис. 1.2. Внутренние пузырьки в поперечном сечении слитка: головная, средняя  
и донная части  
слитка соответственно, темплеты 
5) подготовка и применение просушенных изложниц, прибыльных 
надставок, сифонного припаса; 
6) подогрев и нанесение тонким слоем противопригарных покрытий 
на 
стенки изложниц; 

- 7 - 
 
7) соблюдение оптимальных температурно-временных параметров наполнения слитка (отливки); 
8) обеспечение эффективного функционирования прибыли за счет засыпки 
поверхности металла теплотермоизоляционной смесью. 
Способы устранения. Если расположение пузырьков локализовано, то для 
устранения дефекта можно обрезать донную или прибыльную часть слитка  
в необходимых пропорциях. 
Влияние на свойства. Дефект при дальнейшем деформировании металла может стать причиной возникновения расслоений. 
 
Подкорковые газовые пузырьки  
(частный случай газовых раковин) округлой  
или вытянутой формы (рис. 1.3) 
Описание. Газовые полости в литом металле, расположенные непосредст- 
венно у поверхности слитка (отливки) в его подкорковом слое, перпендикуляр- 
но поверхности слитка или отливки. Глубина их залегания — несколько мил- 
лиметров, они могут выходить на поверхность. Вокруг подкорковых газовых 
пузырьков часто располагаются ликваты. 
Дефект выявляется на макрошлифах. 
Причины образования. Образование подкорковых газовых пузырьков в ос- 
новном обусловлено: 
1) толстым и влажным слоем смазки на стенках изложницы; при этом 
продукты окисления не успевают всплыть и застревают в застывшем 
подкорковом слое; 
2) при использовании изложниц или форм с изношенными поврежден- 
ными стенками или модели с поврежденной поверхностью — 
скоплением влаги и смазки в дефектных местах их поверхности. Эти 
дефектные места служат центрами (концентраторами) зарождения 
пузырьков на поверхности формы; 
 
 
Рис. 1.3. Подкорковые газовые пузырьки: 
а — схема, поперечное сечение слитка;  
б — подкорковые пузырьки в слитке, выявленные механической обработкой 

- 8 - 
 
3) повышенной влажностью изложниц и прибыльных надставок; 
4) недостаточной газопроницаемостью формы и некачественным противо- 
пригарным покрытием. 
Способы предупреждения: 
1) соблюдение технологии выплавки, рафинирования, раскисления и раз- 
ливки металла, тщательная подготовка форм, изложниц, прибыльных над- 
ставок и сифонной (литниковой) системы (применение высококачественных 
сухих сифонных припасов, чистых, согретых и правильно смазанных излож- 
ниц, просушенных и тщательно нанесенных противопригарных покрытий  
на поверхность форм); 
2) применение шихты, лигатур и шлакообразующих добавок с влажностью, 
не превышающей допустимую. 
Способы устранения. Если подкорковые газовые пузырьки после горячей 
деформации раскрываются (выходят на поверхность слитка), то их удаляют 
строжкой или огневой зачисткой. Не вышедшие на поверхность подкорко- 
вые газовые пузырьки завариваются при дальнейшей горячей деформации 
металла. 
Влияние на свойства. Подкорковые газовые пузырьки, располагающиеся 
вблизи поверхности слитка и окислившиеся в процессе нагрева, при горячей 
деформации не завариваются и выходят на поверхность металла в виде мелких 
прерывистых трещин с окисленной, обезуглероженной поверхностью, вытяну- 
тых в направлении деформации и располагающихся обычно группами. Металл 
при этом бракуется. 
Газовая пористость (разновидность газовой раковины) 
Описание. Мелкие несплошности округлой формы, располагающиеся в виде 
скоплений в отдельных участках (зональная пористость) или по всему объему 
(общая пористость) слитка или отливки. 
Дефект выявляется на макрошлифах в виде участков повышенной трави- 
мости и на микрошлифах — в виде микропустот округлой формы. Участки со 
скоплениями пор выявляются методами просвечивания. 
Причины образования: 
1) повышенное газосодержание расплава; 
2) недостаточная защита струи расплава при заливке в изложницу или форму; 
3) некачественные смазка изложницы и противопригарные покрытия формы; 
4) пониженная газопроницаемость формовочной смеси и стержней; 
5) некачественная подготовка прибыльной надставки и сифонного припаса, литниковой системы и прибыли отливок. 
Способы предупреждения: 
1) соблюдение технологии выплавки и разливки металла; 
2) тщательная просушка шихтовых материалов и ферросплавов; 
3) соблюдение температурно-временных параметров заполнения изложницы и формы; 
4) обеспечение оптимальных условий кристаллизации металла и теплового режима прибылей; 
5) повышение газопроницаемости форм и стержней. 

- 9 - 
 
Способы устранения. В отливках дефект не устраняется. В слитках возможно 
заваривание дефекта при деформационной обработке. 
Влияние на свойства. Газовая пористость снижает прочностные и пластиче- 
ские свойства металла. Допустимость газовой пористости в отливках определя- 
ется техническими условиями в зависимости от назначения отливок. 
 
Усадочная раковина (рис. 1.4) 
Описание. Открытая или закрытая полость, имеющая неровную поверх- 
ность с мелкими выступами и впадинами (в отличие от газовой раковины с 
гладкой поверхностью). Чаще всего в усадочных раковинах наблюдаются ден- 
дритные кристаллы или их сростки, скопления неметаллических включений, 
всплывающие из жидкого металла на его поверхность. Зона металла, приле- 
гающая к полости усадочной раковины, обогащена углеродом и различными 
ликватами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1.4. Усадочная раковина: 
а — открытая усадочная раковина, 
темплет, продольное сечение 
слитка;  
б — за 
крытая усадочная раковина, 
темплет,  
продольное сечение 
слитка;  
в — осевые 
усадочные раковины, 
темплет, поперечное сечение слябов 

- 10 - 
 
Различают следующие виды усадочных раковин: 
௅ головная усадочная раковина (образуется в прибыльной части слитка 
или 
отливки); 
௅ осевая усадочная раковина нитевидной или сеткообразной формы, 
глубоко распространяющаяся в теле слитка или отливки; 
௅ вторичная усадочная раковина — неокисленная закрытая усадочная 
раковина, расположенная ниже головной и отделенная от нее обычно 
слоем плотного металла, называемого «мостом». 
Поверхность усадочной раковины может быть окислена — покрыта плен- 
кой оксидов вследствие контакта горячего металла с воздухом (так называемая 
открытая усадочная раковина) и не окислена — при отсутствии контакта горя- 
чего металла с воздухом (так называемая закрытая усадочная раковина). 
Открытая раковина может быть головной или осевой, закрытая — голов- 
ной, осевой, вторичной. Вторичная усадочная раковина наблюдается преиму- 
щественно в слитках сифонной разливки. 
В слитках и отливках усадочная раковина выявляется при визуальном ос- 
мотре или методами просвечивания. 
Причины образования. Усадочная раковина образуется вследствие усадки ме- 
талла при затвердевании. На величину объемной усадки, а следовательно, и на 
величину усадочной раковины, влияют следующие факторы: 
1) несоблюдение технологии выплавки стали; 
2) химический состав стали и уровень газонасыщенности жидкого металла; 
3) температурно-временные режимы выплавки и разливки жидкого метал 
ла (большой перегрев металла, способствуя увеличению объема усадочной раковины, дает более развитую усадочную раковину; снижение 
температуры перегрева, уменьшая объем концентрированной усадочной раковины, приводит к развитию усадочной рыхлости, пленам, 
корочкам); 
4) неправильно подобранные технологические режимы модифицирования и кристаллизации слитков или отливок; 
5) неправильный выбор и расчет сифонной и литниково-питающей систем для слитков и отливок, в том числе формы и размеров прибыли; 
6) несоблюдение технологии разливки стали и отливки литых заготовок. 
Способы предупреждения: 
1) соблюдение технологии подготовки и выплавки жидкой стали, разработанной в зависимости от химического состава и назначения стали; 
2) соблюдение технологии разливки стали в изложницы с обеспечением 
заданных требований по качеству металла; 
3) соблюдение технологии подготовки формы и разливки стали; 
4) соблюдение температурно-временных параметров заливки изложницы  
и отливок жидким металлом; 
5) обеспечение заданного теплового режима работы прибылей. 
Способы устранения. В связи с тем, что усадочная раковина неизбежно обра- 
зуется при переходе металла из жидкого состояния в твердое, основная задача 
заключается в выведении ее из тела слитка (отливки), уменьшении ее объема 
и концентрации в головной части прибыли с целью уменьшения количества 

- 11 - 
 
металла, удаляемого в обрезь. Усадочная раковина удаляется вместе с прибыль- 
ной частью слитка. Для различных марок сталей, массы слитка, способа вы- 
плавки, назначения металла обрезь прибыльной части составляет 15–20   
от массы слитка. При этом плоскость реза должна располагаться ниже 
границы усадочной раковины. 
Вторичная усадочная раковина в тех случаях, когда ее поверхность не за- 
грязнена труднорастворимыми оксидами и большим количеством неметал- 
лических включений, может завариваться при последующей горячей дефор- 
мации, если выбраны соответствующие для данной марки стали температура 
и режим деформации, как и для других аналогичных завариваемых дефектов 
(например, расслоений). 
Открытая осевая усадочная раковина не устраняется, так как из-за взаи- 
модействия с атмосферой ее поверхность окислена, часть ее загрязнена шла- 
ковыми включениями и при горячей деформации открытая осевая усадочная 
раковина не заваривается. 
Влияние на свойства. Неудаленные усадочные раковины вызывают разрывы 
на концах проката. 
 
Усадочная рыхлота (рис. 1.5) 
Описание. Это скопление мелких усадочных раковин (частный случай уса- 
дочной раковины). В слитках усадочная рыхлота располагается под усадочной 
раковиной, в отливках — в участках тепловых узлов. 
Усадочная рыхлота обнаруживается при механической обработке отливки 
визуально. Идентифицируется на макрошлифах и изломах, выявляется мето- 
дами просвечивания. 
Причины образования: 
1) несоблюдение технологии выплавки и разливки стали; 
2) несоблюдение 
технологических 
режимов 
модифицирования 
и 
кристаллизации слитка (отливки), обеспечивающих направленное 
формирование уса 
дочной раковины: 
௅ малоэффективная работа сифонной и литниково-питающей систем, 
а также отклонения в режиме наполнения изложницы сверху; 
௅ неправильный выбор типа изложницы и несоблюдение теплофизических  
параметров работы прибылей; 
௅ отклонения температурно-временных параметров заполнения изложницы 
и формы; 
3) широкий интервал кристаллизации; 
4) образованию усадочной рыхлоты способствуют все остальные факторы, вызывающие усадочную раковину. 
Способы предупреждения: 
1) соблюдение технологии подготовки и выплавки жидкой стали; 
2) соблюдение технологии подготовки и заполнения изложницы и формы; 
3) выбор и соблюдение температурно-временных параметров разливки 
стали;