钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别
缩孔残余断口在纵向的轴心区,呈非结晶构造的条带或疏松带,有时其上伴有非金属夹杂物或夹渣,淬火后试样沿着条带往往有氧化色。其断口如图 6 所示。
这种缺陷一般产生在钢锭头部的轴心区,主要是钢锭在凝固时补缩不均或热加工时切头过少等原因造成的。它有时会在一定长度的钢材中贯穿存在,属于破坏金属连续性的缺陷。
6
气泡断口
气泡断口的特征是沿着热加工方向呈内壁光滑、非结晶的细长条带。气泡断口分皮下气泡断口和内部气泡断口两类,其断口如图7 所示。
钢中气泡主要是钢液中气体含量过多,浇铸系统潮湿,锭模有锈等原因造成的。它属于破坏金属连续性的缺陷。
7
非金属夹杂物(肉眼可见)及夹渣断口
非金属夹杂物及夹渣断口是在纵向断口上呈现不同颜色(灰色、浅黄色、黄绿色等)、非结晶的细条带或块状缺陷,无一定的规律性,在整个断口上均可出现。其断口如图8所示。
8
黑脆断口
黑脆断口缺陷在断口上呈现出局部或全部的黑灰色,严重时能达到石墨颗粒的程度。其断口形貌如图9 所示。黑脆缺陷主要是由于钢中发生石墨化造成的。石墨(除石墨化钢外)破坏了钢的化学成分和组织的均匀性,使淬火硬度降低,性能变坏。一般出现在多次退火后的共析或过共析碳素工具钢中及含硅的弹簧钢中。 黑脆缺陷不能用热处理或热加工方法改善和消除。
9
石状断口
石状断口在断口上表现为无金属光泽,浅灰色,有棱角,类似碎石块状。轻微时只有少数几个,严重时可布满整个断口。其断口如图 10 所示。
石状断口表征钢材已严重过热或已经发生过烧,使钢的塑性及韧性降低,特别是韧性降低尤为显著。钢材一旦出现石状断口,通常无法挽救。
10
萘状断口
萘状断口缺陷的特征是,断口上有弱金属光泽的亮点或小平面。由于各个晶粒位向不同这些小平面闪耀着蔡状的光泽。其断口如图 11 所示。
这种缺陷在结构钢和高速工具钢的断口上均可见到。高速工具钢中典型的萘状断口常常是因为工件多次重复淬火,其间又未经退火而造成的。结构钢中的萘 状断口是由于钢加热时温度过高或高温保温时间太长导致晶粒长大而引起的。
11
瓷状断口
瓷状断口是一种具有绸缎光泽、致密、类似细瓷碎片的亮灰色断口。此种断口常出现在过共析钢和某些合金钢经淬火或淬火及低温回火后的钢材 (坯) 上。瓷状断口如下图所示:
12
台状断口
台状断口是在纵向断口上,比基体颜色略浅、变形能力稍差、宽窄不同、较为平坦的片状 (平台状) 结构,多分布在偏析区内。
台状断口一般产生在树枝晶发达的钢锭头部和中部。它是钢沿粗大树枝晶断裂的结果。此种缺陷对纵向力学性能无大影响;横向塑性、韧性略有降低,当台状富集夹杂时,明显降低横向塑性。台状断口如下图所示:
13
撕痕状断口
撕痕状断口是在纵向断口上,沿热加工方向呈灰白色的、变形能力较差的、致密而光滑的条带。其分布无一定规律,严重时布满整个断面。
撕痕状断口可产生在整个钢锭中,一般在钢锭尾部较重,头部较轻。尾部的条带多表现为细而密集,头部的则较宽。它是钢中残余铝过多,造成氮化铝沿铸造晶界析出,沿此断裂造成的。轻微的撕痕状对力学性能影响不明显;严重的撕痕状明显降低横向塑性、韧性,也使纵向韧性有所降低。典型撕痕状断口如下图所示。
14
内裂断口
常见的内裂分为锻裂与冷裂两种。锻裂的特征是光滑的平面或裂纹;冷裂的特征是与基体有明显分界的、颜色稍浅的平面与裂纹。每个平面较为平整,清晰可见平行于加工方向的条带。经过热处理或酸洗的断口可能有氧化色。
内裂断口产生于轴心附近部位的居多。锻裂产生的原因是热加工温度过低,内外温差过大,热加工压力过大,变形不合理等;冷裂是由于锻轧后冷却速度太快,组织应力与热应力叠加造成的。它属于严重破坏金属连续性的缺陷。锻裂的裂纹多数分布在轴心部分。裂纹只有一条时多沿着对角线方向,两条时常接近十字形,更多时则由轴心向外辐射。典型锻裂的断口和断面分别如图a 和图b 所示。断面照片的浸蚀剂为 60~70℃的 1:1(体积比)盐酸水溶液。
15
异金属夹杂断口
异金属夹杂断口是在纵向断口上,与基体金属有明显的边界、不同的变形能力、不同的金属光泽和组织的条带,条带边界有时有氧化现象。
此种缺陷是异金属掉入,合金料未完全熔化等原因造成的。它属于破坏金属的组织均匀性或连续性的缺陷。
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