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钢的低倍组织检验中有哪些常见的缺陷?

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      钢的低倍组织检验可以帮助我们对其锻造性能评定、缺陷评级、规格评价等具有重要的参考价值。无论是出厂检验还是型式检验,钢的低倍组织检验都是钢铁行业常见金相分析检验项目。


      对于各种不锈钢、碳素钢、纯铁、合金结构钢的轧材、锻材、钢坯等钢材料而言,低倍组织可以有效的反应其生产及质量情况,从而指导工艺改进,技术提高。


     本文总结了五项钢的低倍组织缺陷,如疏松缺陷、偏析缺陷、气泡和収缩孔残留缺陷、夹杂物缺陷、白点缺陷等。


一、疏松缺陷分析


      疏松是钢致密性的缺陷。一般发生在钢锭的上部和中部,这些地方聚集了很多杂质和气体形成的空穴,试样材料被酸浸渍后,这些杂质和空穴是酸液的溶解和侵蚀,扩大到很多空穴。


     在横向的试样材料中,如果在截面整体上稀疏分布,一般被称为稀疏的钢材的中心集中在相当于钢块的最后结晶的等轴晶区,则被称为中心稀疏。疏松的主要原因是钢中的低熔点杂质和气体。 


      在形成钢水的过程中,由于体积收缩和气体析出形成树枝状的晶间空隙和微细空隙,如果钢水中的杂质不被钢水填充而集聚,则组织的致密性降低。防止钢材严重疏松的方法主要是减少钢中的杂质和气体。

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二、偏析缺陷分析


      偏析是钢的均匀性的缺陷,在碳结构钢和合金钢中都可见。 钢样在酸浸后的偏析有树枝状、框型、点状偏析,目前随着冶炼技术的提高,发现点状偏析极少。树枝状偏析多是由于浇注温度过高冷却慢造成的。 


      在钢液凝固结晶过程中,首先形成树枝状晶轴。然后,在一次晶轴上以一定的角度生长二次晶轴,再衍生出三次、四次形和树枝状的晶轴,直到液体逐渐占据树枝晶的空隙结晶结束为止,构成树枝状晶轴和晶粒之间成分的不均匀性。树枝状偏析非常严重时,钢的机械性能显著恶化。 


     嵌段型偏析与碳的偏析引起的铁素体和珠光体的较多发生有关,在铸锭结晶化时,在柱状晶的末端和铸锭心等轴晶区域之间聚集很多杂质和空隙而形成。严重的块型偏析使热处理后紧固件的机械物性降低。 


     钢的偏析与钢的成分、钢中的气体和杂质含量、浇注温度和冷却速度有关,方法主要减少钢中的杂质和气体,在冶炼和浇注方面采取措施。

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三、气泡和收缩孔残留缺陷分析


      气泡是钢中气体形成的空洞,分为皮下气泡和蜂窝气泡,是钢中气体引起的缺陷。收缩孔馀量在钢水凝固过程中,由于各部分结晶和体积收缩前后不同,形成比较集中的空位。 


      通常,钢锭有冒口切除技术,但有时不能切除,有时收缩孔深,有时在锭中残留收缩孔。 


      防止气泡产生的一个方法是减少钢中的气体,二个方法是在炼钢时增加钢水的流动性。

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四、夹杂物缺陷分析


      钢的低倍组织缺陷中的夹杂物分为金属和非金属两种,金属夹杂物在钢中混入了不同的金属,根据化学成分的不同,在被蚀刻的低倍试样中容易将它们与基体金属和其他缺陷区别开来。 


      一般来说,在冶炼高合金钢时,在添加的铁合金的数量多的情况和铁合金块多的情况下,由于全部未熔融而形成金属夹杂物。 


      非金属夹杂物是冶炼时钢中的气体与脱氧剂及合金元素反应的物质及耐火物的碎片,主要是由铁和氧、硫、氮构成的化合物。 


     非金属夹杂物一般不具有金属光泽,容易发现。对钢机械性能的影响主要降低疲劳强度,引起产品缺损和应力集中,引起疲劳裂纹,容易导致紧固件早期故障。 


     此外,对钢的热处理性能、焊接性能、耐腐蚀性能有不良影响。 


     去除夹杂物的措施除了传统的洁净炉料外,目前普遍采用的真空熔炼、钢水真空处理等炉外精炼技术尤为显着。

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五、白点缺陷分析


      钢中白点是在试料的纵裂口呈银白色的椭圆斑,在磨酸浸渍横试料中是细长且平坦的裂纹,白点也称为开裂。


     白点对钢的性能有很大的影响,是热轧合金结构钢中不可接受的低倍组织缺陷。 


     各种钢对白点的敏感性不同,铬钢、锰钢等合金结构钢敏感性大,碳结构钢对白点的敏感性小。 


     钢的白点敏感性不仅与化学成分有关,也与炼钢的方法有关。 


     现在,紧固件企业有必要使用超声波探伤、酸浸渍、磁粉探伤、着色探伤和断口检查等方法检查和判断钢中的白点。


      由于钢水中氢含量是产生白点的重要条件,因此防止白点的方法主要是在冶炼浇注时减少钢中的氢气。 


      不使用生锈的铸铁和废钢,完全烧掉合金材料进行脱气,使炼钢时熔池整体产生充分的沸腾。 


      真空冶炼和钢水真空处理不仅降低了钢中的氢含量,消除了白点等缺陷的产生,还有效地去除了氧和氮含量,减少了钢中夹杂物和偏析,大大提高了钢的洁净度,显著改善了钢的力学性能。

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结语


     总之,对于钢材料来说,尤其是高强度紧固件的低倍组织检验中,类似缺陷中心稀疏、一般稀疏、方形偏析不可以超过2.0级、白点、收缩孔、气泡、反皮等等,这些缺陷是不容许存在,这些缺陷都是热处理淬火裂纹的重要原因之一。 


     缺陷越严重,淬火裂纹和冷镦使用中破裂的倾向越大。 


     因此,这些缺陷在购买原材料时需要进行严格的低倍组织检验和判定,促进企业产品质量的提高。

来源:材子笔记
疲劳化学电子焊接裂纹材料
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首次发布时间:2025-05-10
最近编辑:4小时前
材子笔记
硕士 | 研发工程师 爱材料,懂生活~
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常见金相组织的名称和特征

1.奥氏体 -碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体,仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直,呈规则多边形;淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 2.铁素体-碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状,晶界比较圆滑,当碳含量接近共析成分时,铁素体沿晶粒边界析出。 3.渗碳体-碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中,首先单独结晶的渗碳体(一次渗碳体)为块状,角不尖锐,共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物(二次渗碳体)呈网结状,共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时,由铁素体中析出渗碳体(三次渗碳体),在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。 4.珠光体-铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大,所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚,在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体,称为粗珠光体、片状珠光体,简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍,从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线,只有放大1000倍才能分辨的片层,称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍,不能分辨珠光体片层,仅看到黑色的球团状组织,只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。 5.上贝氏体-过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物,渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温(约350~550℃)的相变产物,其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条,并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片;典型上贝氏体呈羽毛状,晶界为对称轴,由于方位不同,羽毛可对称或不对称,铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢,看不清针状羽毛;中碳中合金钢,针状羽毛较清楚;低碳低合金钢,羽毛很清楚,针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体,往晶内长大,不 穿晶。 6.下贝氏体-同上,但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体,并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片;在晶内呈针状,针叶不交叉,但可交接。与回火马氏体不同,马氏体有层次之分,下贝氏体则颜色一致,下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗,易受侵蚀变黑,回火马氏体颜色较浅,不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高,针叶比低碳低合金钢细。 7.粒状贝氏体-大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成,富碳奥氏体在随后的冷却过程中,可能全部保留成为残余奥氏体;也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物(珠光体或贝氏体);最可能部分转变为马氏体,部分保留下来而形成两相混合物,称为m-a组织。 8.无碳化物贝氏体-板条状铁素体单相组成的组织,也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体,富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中,在硅、铝含量高的钢中也容易形成。 9.马氏体-碳在a-fe中的过饱和固溶体。 板条马氏体:在低、中碳钢及不锈钢中形成,由许多相互平行的板条组成一个板条束,一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束(通常3到5个)。 片状马氏体(针状马氏体):常见于高、中碳钢及高ni的fe-ni合金中,针叶中有一条缝线将马氏体分为两半,由于方位不同可呈针状或块状,针与针呈120o角排列,高碳马氏体的针叶晶界清楚,细针状马氏体呈布纹状,称为隐晶马氏体。 10.回火马氏体-马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和(含碳较低)的a-相混合组织 它由马氏体在150~250℃时回火形成。 这种组织极易受腐蚀,光学显微镜下呈暗黑色针状组织(保持淬火马氏体 位向),与下贝氏体很相似,只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。 11.回火屈氏体-碳化物和a-相的混合物。 它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物,针状形态已逐渐消失,但仍隐约可见,碳化物在光学显微镜下不能分辨,仅观察到暗黑的组织,在电镜下才能清晰分辨两相,可看出碳化物颗粒已明显长大。 12.回火索氏体- 以铁素体为基体,基体上分布着均匀碳化物颗粒。 它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织,马氏体片的痕迹已消失,渗碳体的外形已较清晰,但在光镜下也难分辨,在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。 13.莱氏体- 奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。 14.粒状珠光体-由铁素体和粒状碳化物组成。 它是经球化退火或马氏体在650℃~a1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。 15.魏氏组织- 如果奥氏体晶粒比较粗大,冷却速度又比较适宜,先共析相有可能呈针状(片状)形态与片状珠光体混合存在,称为魏氏组织 。亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形,粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界,同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状,它出现在奥氏体晶粒的内部。来源:材子笔记

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