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[推荐] 金属材料常见缺陷特征及产生机理(一)

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制造过程中产生的缺陷

1、铸件

铸件中常见的缺陷有:残缩缺陷(缩孔、缩松和疏松)、气孔、夹杂物、裂纹、冷隔等。

缩孔、缩松和疏松:铸件在冷却和凝固过程中,因液态冷却收缩补充不良或固态收缩时形成的孔洞,在某些部位出现大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松。缩孔形状不规则,孔壁粗糙,常伴有粗大树枝晶、夹杂物、气孔、裂纹、偏析等缺陷;缩孔上方或附近的铸件表面有时会出现缩陷;缩松的宏观断口形貌呈海绵状,有时肉眼不能发现。缩松铸件密封性能较差,进行液压或气压试验时易渗漏,缩松严重的铸件在凝固冷却或热处理过程中容易产生裂纹。疏松又称为显微缩松,是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶臂间形成的很细小孔洞,其宏观断口形貌表现为分布在晶界和晶壁间、伴有粗大树枝晶的显微孔穴。

气孔:铸件凝固时,溶液中的气体未能逸出,在铸件中形成的气体孔洞,常与夹渣物或缩松同在。按照气孔产生的原因,可分为卷入气孔、浸入气孔、反应气孔和析出气孔。

卷入气孔:在浇注、充型过程中因气体卷入金属液中而在铸件内形成的气孔,卷入气孔一般为孤立存在的大气孔,形状通常为圆形或椭圆形,位置不定,一般偏在铸件中上部。

侵入气孔:由浇注、充型过程,高温溶液与型、芯、涂料、芯撑、冷铁等温差较大产生的气体侵入铸件而形成的气孔。侵入气孔多呈梨形或椭圆形,位于铸件表层或近表层,尺寸较大,孔壁光滑,表面常有氧化色。

反应气孔:由金属液与型、芯在界面上,或由金属液内部某些成分之间发生化学反应而形成的成群分布的气孔。反应气孔通常表现为针孔,位于铸件表层的反应气孔称为表面针孔或皮下针孔,形状呈针头形或细长腰圆形,由金属液与型、芯涂料中的成分发生界面反应而引起;分散成群分布在铸件整个断面上或某个局部区域的反应气孔,形状呈针头形,由金属液内成分之间发生化学反应所引起,位于铸件上部的反应气孔常伴有夹渣。

析出气孔:由溶解在金属液中的气体在铸件成形过程中析出而形成的气孔。析出气孔多呈细小圆形、椭圆形或针头形,成群分布在铸件整个断面上或某个局部区域内,孔壁光亮。

夹杂物:铸件中常会混入的氧化物、硫化物、氮化物、硅酸盐等非金属夹杂物形成夹杂。按照夹杂物产生的原因,可分为金属夹杂物、夹渣、沙眼(夹砂)。

金属夹杂物:异种金属块混杂在金属溶液中,并凝固在铸件中。

夹渣:熔炼过程中金属溶液内部反应形成和分离出来浮渣、熔剂残渣、脱落的铸型材料等,凝固在铸件中。

沙眼:型砂受到冲刷,致使型砂脱落或其他原因使型砂残留在铸件中形成的缺陷。

裂纹:在铸件凝固末期时由热应力作用形成的裂纹称为热裂纹。热裂纹断口严重氧化,无金属光泽,裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展,呈粗细不均、曲折而不规则的曲线。外裂纹表面宽内部窄,呈撕裂状;内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位,断面常伴有树枝晶。

在铸件凝固冷却时,残余铸造应力超过极限强度时形成的裂纹称为冷裂纹,冷裂往往穿晶扩展到表面,呈宽度均匀的细长直线,断口有金属光泽或轻微的氧化色泽。

冷隔:在同一铸件中一次浇铸或两次浇铸时由于温度偏低,金属液体没有充分熔和在一起,其边界形成带有氧化层的隔层。

2、锻件

锻件中常见的缺陷有:裂纹、白点、折叠、夹杂、氧化、脱碳、过热等。

裂纹:锻造或锻后热处理工艺操作不当,如加热过快、终锻温度太低、应变太快、太大或坯料原有缺陷,引起锻件局部破裂而形成裂纹。锻件裂纹多见于锻件表面。

白点:锻件在锻后快速冷却时,过量的氢来不及逸出,产生很大的应力,引起金属破裂,形成白点。热处理时,相变应力和热应力会加速白点的形成。锻件白点常位于锻件大截面的中心部位,成群出现,属于密集性缺陷,危害大。多见于镍钢、镍铬钢、铬钢、锰钢中。

折叠:锻造时操作不当,锻件表面凸出部位或氧化皮被挤压在锻件中形成折叠。折叠位于锻件表面或近表面,又称重皮。

夹杂:冶炼、浇铸时,残留在金属中的难熔金属或非金属杂质经锻造形成片状夹杂。

氧化、脱碳:金属在高温下表面氧化,形成脱碳层,降低了强度和抗疲劳性。

过热:加热温度过高,晶粒显著张大。若温度再高,产生晶界熔化,称过烧。

3、板材

板材中常见缺陷有:分层、折叠、白点和裂纹等。

分层:板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未焊合而形成的分离层。

折叠:钢板表面局部形成的互相叠合的双层金属。钢板中的分层、折叠一般平行于板面。

白点:钢板在轧制后的冷却过程中氢原子来不及扩散而形成的微小裂纹,其裂面呈白色,常见于厚度大于40mm的钢板中。

裂纹:由于轧制变形量过大和温度不当而形成的破裂,常见于钢板的棱角处。

钢板中最危险的缺陷是裂纹和白点。压力容器用钢板中不允许存在裂纹和白点。

4、管材

无缝钢管中常见缺陷有:折叠、夹杂、夹层和裂纹等。

焊接管中常见缺陷与焊缝类似,一般为气孔、夹渣、未焊透和裂纹等。

厚壁大口径管常由钢锭经锻造、轧制等工艺加工而成。常见缺陷与锻件相同,一般为白点、重皮和裂纹等。

5、热处理

热处理过程中常见的缺陷有:变形与开裂、氧化和脱碳、硬度不足与软点、过热和过烧等。

变形与开裂:淬火时产生热应力和组织应力,当淬火应力超过钢的屈服强度时,引起变形;当淬火应力超过极限强度时,会引起开裂。

氧化和脱碳:钢件加热时,表面被氧化生成氧化铁皮,造成氧化。同时,钢表层中的碳被氧化,生成二氧化碳,即造成脱碳。

硬度不足与软点:淬火时如果加热温度不够或保温时间不足或局部冷却速度不足造成硬度不足与软点。

过热和过烧:由于加热温度过高或保温时间过长而造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫过热,过热组织可通过重新淬火予以消除。由于加热温度过高而造成奥氏体晶界局部熔化或氧化的现象称过烧,工件一旦过烧就只能报废。

6、压力加工

金属冷塑性变形后,晶粒变形或破碎,产生内应力,金属的强度、硬度逐渐升高,塑性、韧性逐渐下降,产生了加工硬化。

经加工硬化的金属,加热到一定温度时,晶粒不变,通过原子一定距离的移动,使晶格扭曲降低,内应力大部分消失,强度稍降,塑性稍升,被称为回复。

加热温度更高时,破碎拉长的晶粒又结成完整的等轴晶,强度、苏醒恢复到加工硬化前的水平,称为再结晶。因此锻造和轧制都有细化晶粒的作用。

冷变形的压力加工只产生加工硬化。一定温度的压力加工加工硬化和再结晶同时存在。

 

发表于 2023-1-7 14:28:00

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