失效分析課件7高教書苑

1、17 7 金屬構件加工金屬構件加工缺陷與失效缺陷與失效 27.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 1 1、冷隔、冷隔 冷隔是存在于鑄件表面或表皮下的不連續(xù)組織，冷隔是存在于鑄件表面或表皮下的不連續(xù)組織，是由兩股未能相互融合的金屬液流匯合所形成的不是由兩股未能相互融合的金屬液流匯合所形成的不規(guī)則線性缺陷。規(guī)則線性缺陷。 冷隔多呈裂紋狀或具有光滑邊緣的水紋外貌。其冷隔多呈裂紋狀或具有光滑邊緣的水紋外貌。其顯微特征是金相組織比基體組織粗大，樹枝狀結晶明顯微特征是金相組織比基體組織粗大，樹枝狀結晶明顯，周圍常被氧化皮所包圍，因而與基體組織有明顯顯，周圍常被氧化皮所包圍，因而與

2、基體組織有明顯界線，冷隔缺陷一般出現(xiàn)在鑄件頂壁上，薄的水平面界線，冷隔缺陷一般出現(xiàn)在鑄件頂壁上，薄的水平面和垂直面上，厚薄轉接處及薄肋處等部位。和垂直面上，厚薄轉接處及薄肋處等部位。 37.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 2 2、氣孔、氣孔 金屬在熔融狀態(tài)溶解大量氣體，在冷凝過程中，金屬在熔融狀態(tài)溶解大量氣體，在冷凝過程中，絕大部分氣體逸出，殘余的少量氣體則在金屬構件內絕大部分氣體逸出，殘余的少量氣體則在金屬構件內部形成氣孔或稱為氣泡。在砂型鑄造時，砂中的水分部形成氣孔或稱為氣泡。在砂型鑄造時，砂中的水分與液態(tài)金屬發(fā)生作用，也可能形成氣泡。此外，液態(tài)與液態(tài)金屬發(fā)生

3、作用，也可能形成氣泡。此外，液態(tài)金屬在澆注和在鑄型腔內流動的過程中，空氣或鑄型金屬在澆注和在鑄型腔內流動的過程中，空氣或鑄型內的特殊氣氛可能被機械地卷入而引起氣泡。內的特殊氣氛可能被機械地卷入而引起氣泡。 47.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 氣孔常呈大小不等的圓形、橢圓形及少數(shù)不規(guī)則氣孔常呈大小不等的圓形、橢圓形及少數(shù)不規(guī)則形狀（如喇叭形），產生于鋼錠邊緣一帶的氣泡常形狀（如喇叭形），產生于鋼錠邊緣一帶的氣泡常垂直于型壁。孔內一般無氧化和夾雜，氣孔的斷口垂直于型壁。孔內一般無氧化和夾雜，氣孔的斷口形貌特征為光滑、干凈的內壁。但因空氣卷入而引形貌特征為光滑、干凈的

4、內壁。但因空氣卷入而引起的氣泡，則常因氧化而呈現(xiàn)暗藍色或褐黑色。起的氣泡，則常因氧化而呈現(xiàn)暗藍色或褐黑色。 氣孔常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的厚大處或厚薄截面氣孔常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的厚大處或厚薄截面的交接處。的交接處。 57.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 3 3、針孔、針孔 溶解于合金液中的氣體在凝固過程中析出時，因溶解于合金液中的氣體在凝固過程中析出時，因某種原因而殘留在鑄件中形成的針狀孔洞，是小于某種原因而殘留在鑄件中形成的針狀孔洞，是小于或等于或等于1 1毫米的小氣孔。針孔在鑄件中呈狹長形，方毫米的小氣孔。針孔在鑄件中呈狹長形，方向與表面垂直、有一定深度，孔內表

5、面光滑，一般向與表面垂直、有一定深度，孔內表面光滑，一般在表面處孔徑較小，向內逐漸增大。在表面處孔徑較小，向內逐漸增大。 通常，針孔無規(guī)則地分布在鑄件的各個部位，特通常，針孔無規(guī)則地分布在鑄件的各個部位，特別是厚大截面處，內轉角及冷卻速度緩慢的部位。但別是厚大截面處，內轉角及冷卻速度緩慢的部位。但在有色金屬內有時也在晶粒內呈規(guī)則的排列。在有色金屬內有時也在晶粒內呈規(guī)則的排列。67.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 4 4、縮孔、縮孔 由于金屬從液態(tài)至固態(tài)的凝固期間，產生的由于金屬從液態(tài)至固態(tài)的凝固期間，產生的收縮得不到充分補縮，使鑄件在最后凝固部位收縮得不到充分補縮

6、，使鑄件在最后凝固部位形成具有粗糙的或粗晶粒表面的孔洞，一般呈形成具有粗糙的或粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒錐形。倒錐形。 77.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 5 5、疏松、疏松 鑄件組織不致密，存在著細小且分散的孔穴稱為鑄件組織不致密，存在著細小且分散的孔穴稱為疏松（或縮松）。疏松產生的基本原因與縮孔相似。疏松（或縮松）。疏松產生的基本原因與縮孔相似。在有色金屬鑄件內，有時會發(fā)現(xiàn)沿晶界分布的疏松，在有色金屬鑄件內，有時會發(fā)現(xiàn)沿晶界分布的疏松，也稱為晶間疏松，黑色金屬中很少見。通常，疏松也稱為晶間疏松，黑色金屬中很少見。通常，疏松細小而分散，表面或內壁不光滑，常可見

7、到明顯的細小而分散，表面或內壁不光滑，?？梢姷矫黠@的較粗大的樹枝狀結晶，嚴重時可產生裂紋。一般情較粗大的樹枝狀結晶，嚴重時可產生裂紋。一般情況下，疏松區(qū)域的夾雜也比較集中。況下，疏松區(qū)域的夾雜也比較集中。87.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 6 6、夾雜物、夾雜物 固態(tài)金屬基體內的非金屬物質。鑄件中常見的夾固態(tài)金屬基體內的非金屬物質。鑄件中常見的夾雜物包括耐火材料、熔渣、熔劑、脫氧產物及鑄造雜物包括耐火材料、熔渣、熔劑、脫氧產物及鑄造金屬氧化物等的顆粒，一般又可分為金屬氧化物等的顆粒，一般又可分為硫化物硫化物、氧化氧化物、氮化物和硅酸鹽物、氮化物和硅酸鹽等。絕大多

8、數(shù)非金屬夾雜物沒等。絕大多數(shù)非金屬夾雜物沒有金屬光澤；不同的夾雜物具有不同的色澤與形狀，有金屬光澤；不同的夾雜物具有不同的色澤與形狀，其熔點和性質亦各不相同。非金屬夾雜物在反射光其熔點和性質亦各不相同。非金屬夾雜物在反射光下的色澤，隨顯微鏡觀察時所用的光源的性質不同下的色澤，隨顯微鏡觀察時所用的光源的性質不同而有改變；只有在暗場或偏振光下才能看到夾雜物而有改變；只有在暗場或偏振光下才能看到夾雜物的固有色彩。的固有色彩。 97.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 鑒別夾雜物的方法有宏觀的和微觀的兩大類：鑒別夾雜物的方法有宏觀的和微觀的兩大類： 宏觀鑒別法：宏觀鑒別法：較

9、為常用的有斷口鑒別法、硫印、較為常用的有斷口鑒別法、硫印、酸侵和熱蝕、超聲波鑒定法等；酸侵和熱蝕、超聲波鑒定法等； 微觀鑒別法：微觀鑒別法：常用的有化學分析法、巖相法、金常用的有化學分析法、巖相法、金相法、相法、x-rayx-ray衍射和電子顯微鏡觀察等，可以確定夾衍射和電子顯微鏡觀察等，可以確定夾雜物的種類、形狀、性質和分布，其中金相法的使用雜物的種類、形狀、性質和分布，其中金相法的使用最為廣泛。最為廣泛。10 mnsmns與與fesfes固溶體型夾雜物，球狀或共晶狀固溶體型夾雜物，球狀或共晶狀 ，良好的塑性，拋光時不易剝落良好的塑性，拋光時不易剝落 ，明場中，明場中fesfes為淡為淡黃色

10、，黃色，mnsmns呈藍灰色。隨呈藍灰色。隨mnsmns含量的增加由帶淺含量的增加由帶淺藍的灰色變?yōu)樯罨疑?，然后再變得稍微透明而具藍的灰色變?yōu)樯罨疑?，然后再變得稍微透明而具有黃綠色；暗場下不透明；偏光下各向異性，不有黃綠色；暗場下不透明；偏光下各向異性，不透明。易受透明。易受10%10%鉻酸、堿性苦味酸鈉和鉻酸、堿性苦味酸鈉和20%20%氫氟氫氟酸溶液的侵蝕。酸溶液的侵蝕。 硫化物硫化物11siosio2 2夾雜物夾雜物 石英（六方晶系）、磷石英（斜方晶系）、石英（六方晶系）、磷石英（斜方晶系）、方石英（方石英（ 屬立方晶系，屬立方晶系， 屬四方晶系）。非晶屬四方晶系）。非晶體體siosio2

11、 2 ，大小不同的典型小球，大小不同的典型小球 ，明場中呈深灰，明場中呈深灰色，常隨其中所含的雜質不同而具有不同的色色，常隨其中所含的雜質不同而具有不同的色彩，中心有亮點，邊緣有亮環(huán)；暗場中無色透彩，中心有亮點，邊緣有亮環(huán)；暗場中無色透明，鮮明地發(fā)亮；偏光下透明并有暗十字。明，鮮明地發(fā)亮；偏光下透明并有暗十字。 12al2o3夾雜物 無確定形狀。硬脆，不易磨光，易剝落無確定形狀。硬脆，不易磨光，易剝落，常在磨光面上留下曳尾。，常在磨光面上留下曳尾。 明場中呈深灰?guī)ё仙?；暗場中透明，呈明場中呈深灰?guī)ё仙?；暗場中透明，呈亮黃色；偏光下各向異性，但顆粒小時各向亮黃色；偏光下各向異性，但顆粒小時各向異

12、性不明顯。異性不明顯。13tintin夾雜物夾雜物 立方晶系。呈有規(guī)則的幾何形狀，如正方立方晶系。呈有規(guī)則的幾何形狀，如正方形或長方形等形或長方形等 。無可塑性，易剝落。受煮沸。無可塑性，易剝落。受煮沸的的20%20%氫氟酸溶液侵蝕。明場中呈淡黃色；隨氫氟酸溶液侵蝕。明場中呈淡黃色；隨基體中含碳量的增加，其色彩依淡黃基體中含碳量的增加，其色彩依淡黃粉紅粉紅紫紅而變動。暗場中不透明，周界為光亮的線紫紅而變動。暗場中不透明，周界為光亮的線條所圍繞；偏光下各向同性，不透明。條所圍繞；偏光下各向同性，不透明。 147.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 7 7、偏析、偏析 合

13、金在冷凝過程中，由于某些因素導致的化學成合金在冷凝過程中，由于某些因素導致的化學成分不一致稱為偏析。分不一致稱為偏析。 （1 1）區(qū)域偏析）區(qū)域偏析 （2 2）比重偏析）比重偏析 （3 3）枝晶偏析）枝晶偏析 157.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 8 8、熱裂紋、熱裂紋 熱裂紋發(fā)生在金屬完全凝固之前，在固相線附近熱裂紋發(fā)生在金屬完全凝固之前，在固相線附近的液固共存區(qū)，由于收縮受阻而形成的裂紋。該裂的液固共存區(qū)，由于收縮受阻而形成的裂紋。該裂紋常常延伸到鑄件表面，暴露于大氣之中，受到嚴紋常常延伸到鑄件表面，暴露于大氣之中，受到嚴重氧化和脫碳或發(fā)生其它大氣反應。重氧

14、化和脫碳或發(fā)生其它大氣反應。 顯微形貌特征為呈連續(xù)或斷續(xù)分布，有時呈網(wǎng)狀顯微形貌特征為呈連續(xù)或斷續(xù)分布，有時呈網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀，或半網(wǎng)狀，裂紋短而寬，無尖尾，裂紋短而寬，無尖尾，形狀曲折，無金屬形狀曲折，無金屬光澤光澤( (呈氧化色呈氧化色) )。微觀上為沿晶斷裂，伴有嚴重的氧。微觀上為沿晶斷裂，伴有嚴重的氧化脫碳，有時有明顯的偏析、疏松、雜質和孔洞等?；撎?，有時有明顯的偏析、疏松、雜質和孔洞等。167.1.17.1.1常見鑄造加工缺陷及形貌常見鑄造加工缺陷及形貌 9 9、冷裂紋、冷裂紋 冷裂紋發(fā)生在金屬凝固之后，由于冷卻時所形成冷裂紋發(fā)生在金屬凝固之后，由于冷卻時所形成的熱應力、組織應力及搬運

15、、清理、校正時的熱振的熱應力、組織應力及搬運、清理、校正時的熱振作用而產生。冷裂紋不如熱裂紋明顯，作用而產生。冷裂紋不如熱裂紋明顯，裂紋細小，裂紋細小，呈連續(xù)直線狀。呈連續(xù)直線狀。微觀上為穿晶擴展，基本上無氧化微觀上為穿晶擴展，基本上無氧化脫碳，兩側組織和基體相差不大。脫碳，兩側組織和基體相差不大。 冷裂紋大多出現(xiàn)在鑄件的最后凝固的部位，特別冷裂紋大多出現(xiàn)在鑄件的最后凝固的部位，特別是在應力集中的內尖角、縮孔、夾雜部位及結構復雜是在應力集中的內尖角、縮孔、夾雜部位及結構復雜的鑄件上。的鑄件上。177.2.1 7.2.1 常見鍛造加工缺陷及形貌常見鍛造加工缺陷及形貌 1 1、折疊、折疊 鍛件一部

16、分表面金屬折入鍛件內部、使金屬形成鍛件一部分表面金屬折入鍛件內部、使金屬形成重疊層缺陷，稱為折疊。重疊層缺陷，稱為折疊。 折疊是金屬在鍛軋過程中，變形流動金屬與已氧折疊是金屬在鍛軋過程中，變形流動金屬與已氧化的金屬匯合在一起而形成。軋鍛時產生的尖角，耳化的金屬匯合在一起而形成。軋鍛時產生的尖角，耳子一般均較薄，冷卻速度較基體快，易氧化而形成一子一般均較薄，冷卻速度較基體快，易氧化而形成一層氧化皮，因而不能再與基體金屬互相焊合而產生折層氧化皮，因而不能再與基體金屬互相焊合而產生折疊。在鍛件的截面突變出、枝杈結構處，由于金屬的疊。在鍛件的截面突變出、枝杈結構處，由于金屬的多向流動易于形成折疊。多向

17、流動易于形成折疊。 18 常見的有：存在于軋件一側的貫穿全長的折疊；常見的有：存在于軋件一側的貫穿全長的折疊；在軋件兩邊相對稱的側面上貫穿全長的折疊；或存在軋件兩邊相對稱的側面上貫穿全長的折疊；或存在于鍛、軋件全長上斷續(xù)狀的分散折疊（模鍛件或在于鍛、軋件全長上斷續(xù)狀的分散折疊（模鍛件或軋件上的分散折疊石具有周期性分布的）；拔長件軋件上的分散折疊石具有周期性分布的）；拔長件橫斷面上的橫向折疊；線材、管材上的橫向全長折橫斷面上的橫向折疊；線材、管材上的橫向全長折疊或局部折疊等。疊或局部折疊等。 形成折疊的主要原因有：鑄錠或坯料表面存在缺形成折疊的主要原因有：鑄錠或坯料表面存在缺陷（疤痕和不平整、粗

18、大的刮傷、軋輥表面有磨損或陷（疤痕和不平整、粗大的刮傷、軋輥表面有磨損或剝落；模具表面缺陷）；鍛、軋前金屬加熱不良；鍛剝落；模具表面缺陷）；鍛、軋前金屬加熱不良；鍛模、軋槽設計不合理；鍛、軋工藝或操作不當；冷拔模、軋槽設計不合理；鍛、軋工藝或操作不當；冷拔工藝不當?shù)取９に嚥划數(shù)取?19 鍛、軋件表面上存在的折疊，在很多情況下與裂鍛、軋件表面上存在的折疊，在很多情況下與裂紋等缺陷難以區(qū)別，因此正確地判斷與區(qū)分這些缺紋等缺陷難以區(qū)別，因此正確地判斷與區(qū)分這些缺陷的性質，對失效件的分析和以后采取相應得工藝陷的性質，對失效件的分析和以后采取相應得工藝和措施以防止其產生，是極其重要的。和措施以防止其產生

19、，是極其重要的。 折疊從表面開始，其高倍特征是開口較大，兩側折疊從表面開始，其高倍特征是開口較大，兩側較平滑，有程度不同的氧化脫碳現(xiàn)象，尾端圓禿，內較平滑，有程度不同的氧化脫碳現(xiàn)象，尾端圓禿，內存氧化物夾雜，一般與金屬表面呈銳角，或與金屬流存氧化物夾雜，一般與金屬表面呈銳角，或與金屬流線方向一致。線方向一致。 對有色金屬型材上的折疊進行微觀分析時，在折對有色金屬型材上的折疊進行微觀分析時，在折疊縫內及其兩側，通常見不到氧化物夾雜，兩側無脫疊縫內及其兩側，通常見不到氧化物夾雜，兩側無脫碳組織。碳組織。20 2 2、分層、分層 鍛件金屬局部不連續(xù)而分隔為兩層或多層稱為分鍛件金屬局部不連續(xù)而分隔為兩

20、層或多層稱為分層。層。 缺陷產生的主要原因是金屬中存在未焊合的裂紋，缺陷產生的主要原因是金屬中存在未焊合的裂紋，非金屬夾雜物、縮孔、氣孔等缺陷，在鍛造后使金非金屬夾雜物、縮孔、氣孔等缺陷，在鍛造后使金屬局部不連續(xù)而分隔為兩層或多層。屬局部不連續(xù)而分隔為兩層或多層。21 3 3、鍛入的氧化皮、鍛入的氧化皮 一般情況下，金屬表面極易氧化，尤其在鍛造加一般情況下，金屬表面極易氧化，尤其在鍛造加熱過程中，極易形成表面氧化皮，如熱過程中，極易形成表面氧化皮，如fefe、sisi和和mnmn的的氧化物，鋁合金則形成氧化物，鋁合金則形成alal2 2o o3 3氧化膜。這些氧化皮氧化膜。這些氧化皮( (氧氧

21、化膜化膜) )是在合金熔煉，澆注或前道軋鍛工序中形成的，是在合金熔煉，澆注或前道軋鍛工序中形成的，并且在鍛壓之前或之中都不能消除，它的作用如同并且在鍛壓之前或之中都不能消除，它的作用如同非金屬夾雜物，其顯微特征為沿金屬流線呈點狀或非金屬夾雜物，其顯微特征為沿金屬流線呈點狀或線狀線狀( (條狀條狀) )分布。分布。 22 4 4、流線不順、流線不順 鍛件流線不沿零件主要輪廓外形分布，嚴重時會鍛件流線不沿零件主要輪廓外形分布，嚴重時會形成渦流，穿流或紊流流線。形成渦流，穿流或紊流流線。 渦流即鍛件流線呈旋渦狀或樹木年輪狀。渦流即鍛件流線呈旋渦狀或樹木年輪狀。 穿流即在鍛件肋條或凸臺根部金屬流線被穿

22、斷，穿流即在鍛件肋條或凸臺根部金屬流線被穿斷，破壞了金屬流線的連續(xù)性。破壞了金屬流線的連續(xù)性。 紊流則呈不規(guī)則而紊亂的流線。紊流則呈不規(guī)則而紊亂的流線。23 5 5、裂紋、裂紋 鍛件內部的裂紋有兩種類型：內部縱向裂紋和內鍛件內部的裂紋有兩種類型：內部縱向裂紋和內部橫向裂紋。部橫向裂紋。 （1 1）內部縱向裂紋）內部縱向裂紋 在鍛坯橫斷面上呈十字型（所以也稱為十字裂紋）在鍛坯橫斷面上呈十字型（所以也稱為十字裂紋）或條狀，有的甚至穿透鍛坯中心延伸至表面與空氣接或條狀，有的甚至穿透鍛坯中心延伸至表面與空氣接觸而被氧化。有的裂紋沒有暴露在鍛坯端部，因此不觸而被氧化。有的裂紋沒有暴露在鍛坯端部，因此不與

23、大氣相通，開裂面未被氧化。由于在鍛造過程中開與大氣相通，開裂面未被氧化。由于在鍛造過程中開裂面之間存在摩擦，當剖開時可以觀察到開裂面有磨裂面之間存在摩擦，當剖開時可以觀察到開裂面有磨光和發(fā)亮的情況。光和發(fā)亮的情況。24 十字形裂紋形成的原因是鍛造溫度低，鍛坯十字形裂紋形成的原因是鍛造溫度低，鍛坯拔長時，沿著切應力最大的對角線上產生的交拔長時，沿著切應力最大的對角線上產生的交變應力引起。當鍛坯中保留著粗大柱狀晶時易變應力引起。當鍛坯中保留著粗大柱狀晶時易導致裂紋形成。高速鋼由于內部組織中存在著導致裂紋形成。高速鋼由于內部組織中存在著萊氏體共晶、網(wǎng)狀及塊狀碳化物或疏松等缺陷，萊氏體共晶、網(wǎng)狀及塊狀

24、碳化物或疏松等缺陷，在鍛造過程中易出現(xiàn)此種裂紋。在鍛造過程中易出現(xiàn)此種裂紋。25 （2 2）內部橫向裂紋）內部橫向裂紋 主要位于鍛坯中心部位：裂紋斷面呈粗糙狀，屬主要位于鍛坯中心部位：裂紋斷面呈粗糙狀，屬沿晶斷裂性質。沿晶斷裂性質。 內部橫向裂紋產生的主要原因是毛坯在加熱或鍛內部橫向裂紋產生的主要原因是毛坯在加熱或鍛造過程中，由于加熱不均或工藝參數(shù)不當，其表層造過程中，由于加熱不均或工藝參數(shù)不當，其表層金屬的變形金屬的變形( (如伸長如伸長) )大于心部金屬的變形，而導致大于心部金屬的變形，而導致心部受拉應力，當拉應力超過材料自身的抗拉強度心部受拉應力，當拉應力超過材料自身的抗拉強度時，心部將

25、出現(xiàn)橫向裂紋。時，心部將出現(xiàn)橫向裂紋。26 （3 3）龜裂）龜裂 鍛件表面呈龜殼網(wǎng)絡狀的裂紋稱龜裂或網(wǎng)狀裂紋。鍛件表面呈龜殼網(wǎng)絡狀的裂紋稱龜裂或網(wǎng)狀裂紋。其形成的主要原因是過熱、過燒、滲硫、滲銅等。其形成的主要原因是過熱、過燒、滲硫、滲銅等。 鍛件加熱溫度過高，引起晶粒粗大或過燒，氧沿晶鍛件加熱溫度過高，引起晶粒粗大或過燒，氧沿晶滲入生成氧化物，削弱了晶粒間結合力，降低了塑性滲入生成氧化物，削弱了晶粒間結合力，降低了塑性變形能力，或熱疲勞使鍛件局部強度降低，應力增大，變形能力，或熱疲勞使鍛件局部強度降低，應力增大，以致在鍛造加工時沿晶界出現(xiàn)表面龜裂。以致在鍛造加工時沿晶界出現(xiàn)表面龜裂。27 鋼

26、材或燃料中含硫量過高，引起金屬晶界滲硫，鋼材或燃料中含硫量過高，引起金屬晶界滲硫，在晶界上形成低熔點的硫化亞鐵和在晶界上形成低熔點的硫化亞鐵和fefe的共晶體，其的共晶體，其共晶溫度低于共晶溫度低于10001000，在正常的鍛造溫度下，晶界，在正常的鍛造溫度下，晶界即被熔化，經鍛造后形成龜裂即被熔化，經鍛造后形成龜裂( (稱熱脆稱熱脆) )。 鍛件含銅量過高鍛件含銅量過高(0.2%)(0.2%)，并在氧化氣氛中加熱，并在氧化氣氛中加熱，在鋼的表面氧化皮下，富集一層熔點低于在鋼的表面氧化皮下，富集一層熔點低于11001100的富的富銅合金，在鍛造加熱溫度下即熔化，并浸蝕表面層的銅合金，在鍛造加熱

27、溫度下即熔化，并浸蝕表面層的晶界，鍛造時形成龜裂晶界，鍛造時形成龜裂稱為銅脆稱為銅脆。在加熱爐中含。在加熱爐中含有殘存的銅雜質時，也會因融熔的銅沿晶界滲入而引有殘存的銅雜質時，也會因融熔的銅沿晶界滲入而引起龜裂。起龜裂。 28 6 6、過熱與過燒、過熱與過燒 金屬坯加熱溫度超過始鍛溫度，或在高溫下長時金屬坯加熱溫度超過始鍛溫度，或在高溫下長時間保溫，致使奧氏體晶粒迅速長大，或終鍛溫度過間保溫，致使奧氏體晶粒迅速長大，或終鍛溫度過高而剩余變形量高而剩余變形量( (剩余鍛造比剩余鍛造比) )又小，這時高溫引起又小，這時高溫引起的晶粒長大，不能由剩余變形量對晶粒的破碎作用的晶粒長大，不能由剩余變形量

28、對晶粒的破碎作用所抵消，因而形成粗晶粒組織的現(xiàn)象，稱為過熱。所抵消，因而形成粗晶粒組織的現(xiàn)象，稱為過熱。 過熱鋼鍛件，斷面粗糙灰暗，屬沿晶斷裂，高速鋼過熱鋼鍛件，斷面粗糙灰暗，屬沿晶斷裂，高速鋼鍛件，斷口晶粒粗大，有金屬光澤，屬穿晶斷裂。鍛件，斷口晶粒粗大，有金屬光澤，屬穿晶斷裂。 29 鍛件加熱溫度接近熔點溫度，或長時間在氧化性鍛件加熱溫度接近熔點溫度，或長時間在氧化性氣氛的高溫爐中保溫，不僅使奧氏體晶粒極為粗大，氣氛的高溫爐中保溫，不僅使奧氏體晶粒極為粗大，而且爐中的氧以原子形式滲入晶界處，使而且爐中的氧以原子形式滲入晶界處，使fefe，s s等元等元素氧化，形成低熔點的氧化物或共晶體，造

29、成晶界素氧化，形成低熔點的氧化物或共晶體，造成晶界早期熔化，破壞了晶粒間的聯(lián)系，這種現(xiàn)象稱為過早期熔化，破壞了晶粒間的聯(lián)系，這種現(xiàn)象稱為過燒或燒毀。燒或燒毀。 過燒的鋼在鍛造時一觸即裂，裂口寬大，裂紋沿晶過燒的鋼在鍛造時一觸即裂，裂口寬大，裂紋沿晶擴展，兩側嚴重氧化脫碳，沿晶界形成網(wǎng)狀氧化物夾擴展，兩側嚴重氧化脫碳，沿晶界形成網(wǎng)狀氧化物夾雜及脫碳組織。雜及脫碳組織。 30 1 1、焊接裂紋、焊接裂紋 焊接裂紋是指焊件在焊接或焊后的退火、存放、焊接裂紋是指焊件在焊接或焊后的退火、存放、裝配，使用過程中產生的各種裂紋，它是焊接缺陷裝配，使用過程中產生的各種裂紋，它是焊接缺陷和焊接應力共同作用的結果

30、。和焊接應力共同作用的結果。 焊接裂紋按其性質可分為熱裂紋、冷裂紋和延遲裂焊接裂紋按其性質可分為熱裂紋、冷裂紋和延遲裂紋三種。紋三種。 31 （1 1）熱裂紋）熱裂紋 熱裂紋大部分是在結晶過程中產生的裂紋，所以熱裂紋大部分是在結晶過程中產生的裂紋，所以又叫結晶裂紋或高溫裂紋。根據(jù)所焊材料不同，產又叫結晶裂紋或高溫裂紋。根據(jù)所焊材料不同，產生熱裂紋的形態(tài)、溫度區(qū)間和主要原因也各有不同，生熱裂紋的形態(tài)、溫度區(qū)間和主要原因也各有不同，因此又把熱裂紋分為結晶裂紋、液化裂紋和多邊化因此又把熱裂紋分為結晶裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋三種。裂紋三種。 形貌形貌 焊接熱裂紋必然是沿晶裂紋，呈光滑的鋸齒形焊接熱裂

31、紋必然是沿晶裂紋，呈光滑的鋸齒形邊緣，連續(xù)或不連續(xù)地沿著晶界或枝晶邊界分布于焊邊緣，連續(xù)或不連續(xù)地沿著晶界或枝晶邊界分布于焊縫下面，有時呈蟹腳狀或網(wǎng)狀。焊縫內腔及附近晶界縫下面，有時呈蟹腳狀或網(wǎng)狀。焊縫內腔及附近晶界或多或少地存在有硫化物、磷化物、碳化物、氧化物、或多或少地存在有硫化物、磷化物、碳化物、氧化物、硼化物夾雜，其斷口具有明顯的氧化色特征。硼化物夾雜，其斷口具有明顯的氧化色特征。32 結晶裂紋主要產生在含雜質較多的碳鋼、低合金結晶裂紋主要產生在含雜質較多的碳鋼、低合金鋼、鎳基合金以及某些鋁合金的焊縫中。個別情況鋼、鎳基合金以及某些鋁合金的焊縫中。個別情況下，結晶裂紋也在熱影響區(qū)產生。

32、下，結晶裂紋也在熱影響區(qū)產生。 液化裂紋主要發(fā)生在含有鉻鎳的高強鋼、奧氏體液化裂紋主要發(fā)生在含有鉻鎳的高強鋼、奧氏體鋼以及某些鎳基合金的近縫區(qū)或多層焊層間部位。母鋼以及某些鎳基合金的近縫區(qū)或多層焊層間部位。母材和焊絲中的硫、磷、硅、碳偏高時，液化裂紋的傾材和焊絲中的硫、磷、硅、碳偏高時，液化裂紋的傾向將顯著增加。向將顯著增加。 多邊化裂紋多發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金的多邊化裂紋多發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金的焊縫中或近縫區(qū)。焊縫中或近縫區(qū)。33 （2 2）冷裂紋）冷裂紋 冷裂紋是在金屬焊后冷卻過程中形成的裂紋，又冷裂紋是在金屬焊后冷卻過程中形成的裂紋，又叫低溫裂紋。是焊接生產中較為普遍的一種

33、裂紋，叫低溫裂紋。是焊接生產中較為普遍的一種裂紋，焊后立即發(fā)生，沒有延遲現(xiàn)象，通常出現(xiàn)在熱影響焊后立即發(fā)生，沒有延遲現(xiàn)象，通常出現(xiàn)在熱影響區(qū)，有時出現(xiàn)在焊縫上。區(qū)，有時出現(xiàn)在焊縫上。 冷裂紋是焊接熱應力、淬硬組織應力和機械應力冷裂紋是焊接熱應力、淬硬組織應力和機械應力共同作用的結果。鋼在冷卻過程中，過冷奧氏體如果共同作用的結果。鋼在冷卻過程中，過冷奧氏體如果發(fā)生馬氏體相變，形成硬而脆的淬硬層組織，在焊接發(fā)生馬氏體相變，形成硬而脆的淬硬層組織，在焊接應力作用下，即可能產生焊接冷裂紋。應力作用下，即可能產生焊接冷裂紋。34 有些塑性較低的材料焊接時，冷卻時由于收縮力有些塑性較低的材料焊接時，冷卻時

34、由于收縮力引起的應變超過了材料自身的塑性極限或材質變脆引起的應變超過了材料自身的塑性極限或材質變脆而產生裂紋，也是焊接冷裂紋，又稱為低塑性脆化而產生裂紋，也是焊接冷裂紋，又稱為低塑性脆化裂紋。裂紋。 形貌形貌 熔焊冷裂紋具有鋸齒形凹凸不平，深淺不一，熔焊冷裂紋具有鋸齒形凹凸不平，深淺不一，尾端細而尖銳，與淬火裂紋相似。在淬硬性高的鋼中，尾端細而尖銳，與淬火裂紋相似。在淬硬性高的鋼中，一般屬沿晶裂紋，在淬硬性低的鋼中，通常為穿晶裂一般屬沿晶裂紋，在淬硬性低的鋼中，通常為穿晶裂紋，有時也有混晶特征。斷口的氧化色不明顯，沒有紋，有時也有混晶特征。斷口的氧化色不明顯，沒有明顯夾雜，大部分屬于解理斷裂。

35、明顯夾雜，大部分屬于解理斷裂。35 （3 3）延遲裂紋）延遲裂紋 實質上也是由焊接應力為主要原因的冷裂紋，而實質上也是由焊接應力為主要原因的冷裂紋，而且使焊接冷裂紋的中一種普遍形態(tài)。它是在焊后幾且使焊接冷裂紋的中一種普遍形態(tài)。它是在焊后幾分鐘、幾十分鐘乃至幾天以后產生的裂紋，即具有分鐘、幾十分鐘乃至幾天以后產生的裂紋，即具有延遲性質。延遲性質。 延遲裂紋的產生，是由于高溫下奧氏體中固溶了較延遲裂紋的產生，是由于高溫下奧氏體中固溶了較多的氫，多的氫，主要取決于鋼種的淬硬傾向、焊接接頭的應主要取決于鋼種的淬硬傾向、焊接接頭的應力狀態(tài)和熔敷金屬中的擴散氫含量。力狀態(tài)和熔敷金屬中的擴散氫含量。 斷口形

36、貌斷口形貌 呈亮晶狀結晶斷口，無氧化色，微觀形呈亮晶狀結晶斷口，無氧化色，微觀形態(tài)以馬氏體的解理斷裂為主，并混有沿晶斷裂的混合態(tài)以馬氏體的解理斷裂為主，并混有沿晶斷裂的混合型斷裂。型斷裂。 36 （4 4）再熱裂紋）再熱裂紋 對于某些含有沉淀強化元素的鋼種和高溫合金對于某些含有沉淀強化元素的鋼種和高溫合金（包括低合金高強鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強化高（包括低合金高強鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強化高溫合金，以及某些奧氏體不銹鋼等）在焊后并沒有溫合金，以及某些奧氏體不銹鋼等）在焊后并沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，而是在回火熱處理或在高溫下使用過程發(fā)現(xiàn)裂紋，而是在回火熱處理或在高溫下使用過程中產生的裂紋，稱為再熱裂紋。中

37、產生的裂紋，稱為再熱裂紋。 再熱裂紋都是產生在焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶部再熱裂紋都是產生在焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶部位，并且具有晶間開裂的特征。在母材、焊縫合熱影位，并且具有晶間開裂的特征。在母材、焊縫合熱影響區(qū)的細晶區(qū)均不產生再熱裂紋。裂紋的走向是沿熔響區(qū)的細晶區(qū)均不產生再熱裂紋。裂紋的走向是沿熔合線附近的粗大晶粒晶界擴展，有時裂紋并不連續(xù)，合線附近的粗大晶粒晶界擴展，有時裂紋并不連續(xù)，而是斷續(xù)的，遇到細晶組織就停止擴展。而是斷續(xù)的，遇到細晶組織就停止擴展。 37 回火之前焊接區(qū)存在較大的殘余應力并有程度不回火之前焊接區(qū)存在較大的殘余應力并有程度不同的壓力集中，二者必須同時存在，否則不會產生同的

38、壓力集中，二者必須同時存在，否則不會產生再熱裂紋。再熱裂紋。 再熱裂紋的產生與再熱溫度和時間有關，存在一再熱裂紋的產生與再熱溫度和時間有關，存在一個敏感溫度區(qū)，對于一般低合金鋼，約在個敏感溫度區(qū)，對于一般低合金鋼，約在500500700700 c c。 含有一定沉淀強化元素的金屬材料才具有產生再含有一定沉淀強化元素的金屬材料才具有產生再熱裂紋的敏感性，普通碳素鋼和固熔強化的金屬材料，熱裂紋的敏感性，普通碳素鋼和固熔強化的金屬材料，一般不產生再熱裂紋。一般不產生再熱裂紋。38 （5 5）層狀撕裂）層狀撕裂 大型厚壁結構，在焊接過程中常在鋼板的厚度方大型厚壁結構，在焊接過程中常在鋼板的厚度方向承受

39、較大的拉伸應力，于是沿鋼板軋制方向出現(xiàn)向承受較大的拉伸應力，于是沿鋼板軋制方向出現(xiàn)一種臺階狀的裂紋，一般稱為層狀撕裂。一種臺階狀的裂紋，一般稱為層狀撕裂。 層狀撕裂是一種內部的低溫開裂，一般在表面難層狀撕裂是一種內部的低溫開裂，一般在表面難以發(fā)現(xiàn)。其主要特征就是呈現(xiàn)階梯狀開裂，這是其他以發(fā)現(xiàn)。其主要特征就是呈現(xiàn)階梯狀開裂，這是其他裂紋所沒有的。層狀撕裂的全貌基本是平行于軋制表裂紋所沒有的。層狀撕裂的全貌基本是平行于軋制表面的平臺與大致垂直于平臺的剪切壁所組成。在撕裂面的平臺與大致垂直于平臺的剪切壁所組成。在撕裂的平臺部位常可發(fā)現(xiàn)不同類型的非金屬夾雜物（如的平臺部位?？砂l(fā)現(xiàn)不同類型的非金屬夾雜物

40、（如mns、硅酸鹽和鋁酸鹽等）。、硅酸鹽和鋁酸鹽等）。39 層狀撕裂場出現(xiàn)在層狀撕裂場出現(xiàn)在t t型接頭、角接頭和十字接頭中，型接頭、角接頭和十字接頭中，一般在對接接頭很少發(fā)現(xiàn)，但在焊趾和焊根處由于一般在對接接頭很少發(fā)現(xiàn)，但在焊趾和焊根處由于冷裂紋的誘發(fā)也會出現(xiàn)層狀撕裂。冷裂紋的誘發(fā)也會出現(xiàn)層狀撕裂。 層狀撕裂的產生與鋼種強度級別無關，主要與鋼層狀撕裂的產生與鋼種強度級別無關，主要與鋼中夾雜物量與分布形態(tài)有關。當沿軋制方向上以片狀中夾雜物量與分布形態(tài)有關。當沿軋制方向上以片狀的的mnsmns夾雜為主時，層狀撕裂具有清晰的階梯狀；當夾雜為主時，層狀撕裂具有清晰的階梯狀；當以硅酸鹽夾雜為主時呈直線

41、狀，以以硅酸鹽夾雜為主時呈直線狀，以alal2 2o o3 3為主時則呈為主時則呈不規(guī)則的階梯狀。不規(guī)則的階梯狀。40 2 2、氣孔、氣孔 溶入熔池焊縫金屬中的氣體溶入熔池焊縫金屬中的氣體(co(co2 2、h h2 2、n n2 2、水蒸、水蒸汽等汽等) )，在金屬凝固前未來得及逸出，而在焊縫金屬，在金屬凝固前未來得及逸出，而在焊縫金屬表面或內部形成的孔穴稱氣孔。表面或內部形成的孔穴稱氣孔。 形貌形貌 coco2 2形成的氣孔，其外形主要呈條蟲狀，是形成的氣孔，其外形主要呈條蟲狀，是圓形氣孔的連續(xù)；由圓形氣孔的連續(xù)；由h h2 2形成的氣孔，其外形主要有針形成的氣孔，其外形主要有針孔形（似針

42、孔的微小氣孔）和圓型；由孔形（似針孔的微小氣孔）和圓型；由n n2 2形成的氣孔，形成的氣孔，其外形多呈表面開口的氣孔。根據(jù)起因不同，氣孔可其外形多呈表面開口的氣孔。根據(jù)起因不同，氣孔可分為孤立的、線狀排列的和群集的三類。分為孤立的、線狀排列的和群集的三類。41 3 3、夾渣、夾渣 夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內部或熔合線上的夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內部或熔合線上的熔渣或非金屬夾雜物。例如：殘留在手工電弧焊、熔渣或非金屬夾雜物。例如：殘留在手工電弧焊、埋弧焊焊縫中的融渣埋弧焊焊縫中的融渣,co,co2 2氣體保護焊焊縫中的氧化物氣體保護焊焊縫中的氧化物夾雜，鎢極保護焊焊縫中的鎢電極夾雜等。夾雜

43、，鎢極保護焊焊縫中的鎢電極夾雜等。 42 4 4、焊縫成形不良、焊縫成形不良 不良的焊縫外形包括有焊瘤、咬邊和焊縫外形尺不良的焊縫外形包括有焊瘤、咬邊和焊縫外形尺寸不符合要求等。寸不符合要求等。 焊瘤焊瘤是熔融金屬流到焊縫根部之外而后凝固所形是熔融金屬流到焊縫根部之外而后凝固所形成的金屬瘤；成的金屬瘤；咬邊咬邊是母材和焊縫交界處，在母材表面是母材和焊縫交界處，在母材表面形成的溝槽或凹陷，在熔融金屬深度達到母材高度時，形成的溝槽或凹陷，在熔融金屬深度達到母材高度時，則形成燒穿或穿孔；則形成燒穿或穿孔；焊縫外形尺寸焊縫外形尺寸不符合耍求，是指不符合耍求，是指焊縫隆起面過高過陡，高低不平，寬度不等，

44、焊波粗焊縫隆起面過高過陡，高低不平，寬度不等，焊波粗劣等現(xiàn)象。劣等現(xiàn)象。43 5 5、未填滿、未填滿 焊縫金屬不足，沿焊縫長度方向在焊縫表面形成焊縫金屬不足，沿焊縫長度方向在焊縫表面形成的連續(xù)或斷續(xù)溝槽。的連續(xù)或斷續(xù)溝槽。 6 6、未焊透、未焊透 未焊透是指母材與母材，熔敷金屬與熔敷金屬，未焊透是指母材與母材，熔敷金屬與熔敷金屬，母材與熔敷金屬之間局部未熔化的現(xiàn)象。此缺陷一般母材與熔敷金屬之間局部未熔化的現(xiàn)象。此缺陷一般出現(xiàn)在焊縫的根部或基體金屬與熔化金屬未熔合出現(xiàn)在焊縫的根部或基體金屬與熔化金屬未熔合( (對對接或角接時接或角接時) )，焊縫金屬向基體金屬中熔透不足的部，焊縫金屬向基體金屬中

45、熔透不足的部位。位。 7 7、過燒、過燒 特征：金屬強烈氧化，在電極周圍有金屬熔化的痕特征：金屬強烈氧化，在電極周圍有金屬熔化的痕跡，有蜂窩孔和較大的外部飛濺。跡，有蜂窩孔和較大的外部飛濺。44咬邊咬邊氣孔氣孔45未焊透未焊透夾渣夾渣46474849507.4.1 7.4.1 常見的熱處理缺陷及形貌常見的熱處理缺陷及形貌1 1、氧化、脫碳、氧化、脫碳 所謂所謂氧化氧化是材料中的金屬元素在加熱過程中與是材料中的金屬元素在加熱過程中與氧化性氣氛氧化性氣氛( (氧、二氧化碳、水蒸氣等氧、二氧化碳、水蒸氣等) )發(fā)生作用，發(fā)生作用，形成金屬氧化物層（氧化皮）的一種現(xiàn)象。形成金屬氧化物層（氧化皮）的一種

46、現(xiàn)象。 所謂所謂脫碳脫碳是鋼鐵材料在加熱過程中表層的碳與是鋼鐵材料在加熱過程中表層的碳與加熱介質中的脫碳氣體（氧、氫、二氧化、水蒸汽加熱介質中的脫碳氣體（氧、氫、二氧化、水蒸汽等）相互作用而燒損的一種現(xiàn)象。脫碳也是材料的等）相互作用而燒損的一種現(xiàn)象。脫碳也是材料的氧化過程。根據(jù)脫碳程度可分為全脫碳層和半脫碳氧化過程。根據(jù)脫碳程度可分為全脫碳層和半脫碳層兩類，全脫碳層的顯微組織為全部鐵素體。層兩類，全脫碳層的顯微組織為全部鐵素體。 51 2 2、內氧化、內氧化 內氧化是合金內部沿晶界形成氧化物相或脫碳區(qū)內氧化是合金內部沿晶界形成氧化物相或脫碳區(qū)的現(xiàn)象。其深度可達十幾個的現(xiàn)象。其深度可達十幾個 m

47、 m。金屬材料形成內氧。金屬材料形成內氧化的傾向與合金中的組元和氧的親合力的大小有關，化的傾向與合金中的組元和氧的親合力的大小有關，如在銅合金中含有比銅更活潑易氧化的元素如在銅合金中含有比銅更活潑易氧化的元素znzn、sisi、mnmn、titi等，在鋼中含有比鐵更活潑的易氧化元素等，在鋼中含有比鐵更活潑的易氧化元素crcr、 mnmn、 sisi、 momo等，極易發(fā)生內氧化。在鋼材的氣體等，極易發(fā)生內氧化。在鋼材的氣體滲碳和碳氮共滲層中常常出現(xiàn)由于內氧化形成的組滲碳和碳氮共滲層中常常出現(xiàn)由于內氧化形成的組織缺陷。在熱處理介質中，若含有不純物質如硅酸織缺陷。在熱處理介質中，若含有不純物質如硅

48、酸鹽等時，也易引起材料內氧化。鹽等時，也易引起材料內氧化。 發(fā)生內氧化的構件，其斷口呈粗糙狀，或者沿晶發(fā)生內氧化的構件，其斷口呈粗糙狀，或者沿晶形成黑色的氧化物狀。形成黑色的氧化物狀。525354淬火裂紋淬火裂紋 淬火直裂淬火直裂 細長零件在心部完全淬透情況下，細長零件在心部完全淬透情況下，由于組織應力作用而產生縱向直線淬火裂紋。裂紋由于組織應力作用而產生縱向直線淬火裂紋。裂紋為穿晶擴展，一般起源于應力集中或夾雜處，裂紋為穿晶擴展，一般起源于應力集中或夾雜處，裂紋尾端尖細。尾端尖細。 淬火龜裂淬火龜裂 表面脫碳的高碳鋼零件，在淬火表面脫碳的高碳鋼零件，在淬火時，因表面層金屬的比容比中心小，在拉應力作時，因表面層金屬的比容比中心小，在拉應力作用下產生龜裂。裂紋為沿晶擴展，一般較淺，很用下產生龜裂。裂紋為沿晶擴展，一般較淺，很少氧化少氧化。 555657 （2 2）磨削裂紋）磨削裂紋 磨削裂紋是目前生產中經常出現(xiàn)的一種