金相检验技术23-26

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1、目录第13章热处理缺陷分析基本内容第14章失效分析重点与难点金属材料的缺陷通常分为宏观缺陷和微观缺陷两大类。按照加工工艺的不同又可分为铸造缺陷、锻造缺陷、热处理缺陷等。第13章热处理缺陷分析热处理缺陷较多，如淬火裂纹、淬火变形、淬火软点、回火脆性、氧化脱碳、后处理缺陷（如磨削裂纹、冷处理裂纹）等。第13章热处理缺陷分析图13-8淬火裂纹的特征一、淬火裂纹（一）淬火裂纹的类型和特征a、纵向裂纹b、横向裂纹c、表面裂纹d、剥离裂纹淬火裂纹的微观特征第13章热处理缺陷分析图13-9淬火裂纹（200×）抛光状态下裂纹曲折刚直，穿晶扩展，见图13

2、-9所示，经过浸蚀后裂纹两侧无脱碳，裂纹破断面上无氧化色，断口呈穿晶断裂。一般认为，钢铁中淬火裂纹来源于奥氏体向马氏体转变时体积增大所产生的内应力。影响因素包括：钢铁的化学成分、材料内部的缺陷、钢件形状结构、淬火前的原始组织、淬火温度以及淬火冷却速度等。第13章热处理缺陷分析一、淬火裂纹二、回火脆性（二）淬火裂纹的形成机理包括第一类回火脆性和第二类回火脆性,以及回火裂纹(淬火钢在回火是由于快速加热或快速冷却时发生裂纹)。第13章热处理缺陷分析三、淬火变形零件淬火时尺寸或者形状发生变化称为淬火变形。淬火变形有尺寸变化和形状变化两种。引起尺

3、寸变化的主要原因是由于相变引起的膨胀和收缩。引起形状变化的原因主要是钢的内应力或者外应力。内应力主要是加热或者冷却时温度分布不均和相变以及零件内部的残余应力引起的。外应力主要包括零件的自重、以及钢件的相互碰撞和工具的夹持等原因。第13章热处理缺陷分析四、其他缺陷淬火后的零件的组织是马氏体+残余奥氏体，常温下残余奥氏体不断转变为马氏体，发生体积膨胀，因此淬火后的零件不加处理放在常温下，会发生开裂，称为自生裂纹。1、自生裂纹2、磨削烧伤热处理零件在经过磨削时切削区域的温度高达400～1500℃，引起零件表面组织、显微硬度、残余应力、力学性能

4、等的变化。第13章热处理缺陷分析四、其他缺陷图13-10磨削裂纹3、磨削裂纹分为第一种磨削裂纹和第二种磨削裂纹，如图13-10所示。原因是淬火后的零件中马氏体组织处于膨胀状态，磨削时温度达到100℃时发生第一次收缩，而钢的内部仍然处于膨胀状态，钢的表面受张应力而发生龟裂，形成第一种磨削裂纹（可在100～200℃回火避免）。当磨削过度、切削量过大时，零件表面温度高达300℃时发生第二次收缩，形成第二种磨削裂纹（可在300℃回火避免，但要防止回火脆性）。第13章热处理缺陷分析四、其他缺陷4、淬火软点淬火时，零件局部区域冷速过慢造成局部未淬硬

5、的部位称为淬火软点。5、淬而不硬零件由于奥氏体化温度不充分、冷却速度不够或者混料造成。实例一钎杆的疲劳断裂第14章失效分析图5-12钎杆断裂宏观形貌六角小钎杆广泛应用于矿山凿岩。其几何形状一般为长2.2m，截面中空（Φ6㎜孔）六角形，两平行对边宽22㎜，属于细长类杆件。工作状况为每分钟受2000次，700kPa轴向冲击力和200r/min弯曲-扭转力的作用，内空通300kPa循环水冷却，外表受凿岩泥浆的冲刷磨损作用。材料采用55SiMnMo，热处理工艺为900℃奥氏体化30min后空冷，冷速为80℃/min。设计寿命为每根150m。现有

6、三根钎杆断裂，寿命只有50m左右。中间一根断在中部，断裂源位于外表面，如箭头A所示；其余两根断在钎肩处（锻造成直径Φ40㎜圆盘），断裂源位于内空表面。断裂后由于矿水作用，表面均有不同程度的锈蚀。试分析其原因。钎杆的断裂第14章失效分析图5-12钎杆断裂宏观形貌图5-13钎杆内表面的宏观裂纹第14章失效分析问题二：当你面对这样的问题，将如何解决问题？问题三：失效分析的思路是什么？问题一：什么是失效分析？失效分析是指对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及其规律进行分析研究，并从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。一般来

7、说，失效通常有四种形式：变形失效、断裂失效、腐蚀失效和磨损失效。第14章失效分析一、变形失效第14章失效分析图3-5集热管蠕变变形及胀裂在室温下的变形失效主要有弹性变形失效和塑性变形失效。高温下的变形失效主要有蠕变失效和高温松弛失效。二、断裂失效第14章失效分析断裂是指金属构件在应力作用下分离为互不相连的两个或者两个以上部分的现象。构件内部的裂纹也属于材料断裂的范畴。断裂失效按照断裂前变形程度分为塑性断裂和脆性断裂，按照断裂机制分为解理断裂、韧窝断裂、疲劳断裂、蠕变断裂和结合力弱化断裂。二、断裂失效第14章失效分析（一）塑性断裂—宏观图

8、3-10光滑圆棒韧性断口宏观形貌典型宏观特征为杯锥状断口，杯部为纤维状特征，锥部为浅灰色的光滑区，并与杯部呈45度角。二、断裂失效第14章失效分析（一）塑性断裂—微观图14-2等轴韧窝（1200×）拉伸韧窝