金相检验 教学课件 作者 张博 11失效及失效分析基础.ppt

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1、失效件的其它分析方法李红莉任务：1.风轮轴断口的微观分析失效分析结论2.涡轮失效的微观分析失效分析结论断口的微观分析断口的微观分析的目的是确定断口的微观形貌、断裂机制和确定引起断裂的微观原因。断口的微观分析方法有断口的透射电子显微镜分析、定量电子断口分析、断口的成分分析、蚀坑分析等。裂纹的微观形貌从微观上看，裂纹的扩展方向可能是沿着晶界的，也可能是穿晶或是混合的。在一般情况下，应力腐蚀裂纹、氢脆裂纹、回火脆性裂纹、磨削裂纹、焊接热裂纹、冷热疲劳裂纹、过烧引起的锻造裂纹、铸造热裂纹、蠕变裂纹、热脆裂纹等都是沿晶界扩展的；而疲劳裂纹、解理断裂裂纹、淬火裂纹（由于冷速过大、零件截面

2、突变等原因引起的淬火裂纹）、焊接裂纹及其他韧性断裂裂纹都是穿晶裂纹。裂纹的微观形貌裂纹遇到晶界、亚晶界、硬质点或其他组织和性能的不均匀区，往往将改变扩展方向。淬火裂纹由于形成的原因不同，既可以是沿晶的，也可以是穿晶或混合的。裂纹周围及裂纹末端情况当金属表面或内部缺陷成为裂纹源时，一般都能找到作为裂纹源的缺陷。有的裂纹虽不起源于缺陷，但当在裂纹的前沿附近有缺陷存在时，裂纹即发生转折，在裂纹的转折处也可以找到缺陷的痕迹。在高温下产生的裂纹，或虽是在室温附近产生的裂纹，而在随后的工序中又加热至高温，这时，在裂纹的周围将存在氧化和脱碳的痕迹。另外，根据裂纹及其周围的形状和颜色，可以判

3、断裂纹经历的温度范围和零件的工艺历史，从而找到产生裂纹的具体工序。裂纹周围及裂纹末端情况一般情况下，疲劳裂纹的末端成尖锐状。在显微镜下观察淬火裂纹时，淬火裂纹呈廋直线状，线条刚健，棱角较多而且尾巴尖细。此外，淬火裂纹两侧的金相组织与其他部分的组织无任何区别，也不会有氧化、脱碳的痕迹。铸造热裂纹一般具有龟裂的外形，裂纹沿原始晶界延伸，裂纹的内侧一般有氧化和脱碳，裂纹的末端圆秃。磨削裂纹一般细而浅，呈龟裂或有规律的直线排列。有时在磨削裂纹的零件表面呈带状的回火色区域，裂纹一般呈喇叭形状，末端呈任意形状。裂纹附近的组织一般与其他组织无明显区别，有时也可能有微量的氧化脱碳现象。拉痕、

4、发纹的末端一般均呈圆秃。折叠裂纹末端也较粗钝。金相检验在失效分析中的作用金相检验是一种常规的实验分析方法，目的是分析和研究材料的显微组织与失效的关系，它在失效分析中能提供被检材料的大概种类和组织状况。一、金相试样的制备进行金相分析首先要制取金相试样，金相试样一定要选取得当，否则不能得出正确的结论。金相试样的截取一定要包括断裂源或裂纹源，检查与断口垂直的平面，同时在正常部位截取试样进行对比分析。如果检查钢中的非金属夹杂物或纤维、流线组织，最好沿着钢的轧制方向取样。截取金相试样可采用火焰切割，砂轮切割等方法，但要避免所截取的试样因温度过高而引起组织变化。失效分析中金相检验的主要内

5、容二、金相检验的主要内容1.检查基体组织类型是否正常2.检查热加工缺陷3.定量金相定量金相显微镜或图象分析仪的使用能定量地测定组织的各种基本参数，如晶粒度的大小、第二相的大小及分布等，从而使现代金相分析技术已发展到研究组织与性能，组织与成分之间的定量关系。4..检查原材料中存在的缺陷5.检查第二相的大小、形状及分布是否正常。风轮轴缺陷部分的组织构成缺陷处表层组织形态（50×）风轮轴微观组织分析其组织由三层构成，即表面白亮区、黑色组织区和基体组织。表层白亮组织为细小的P＋F组织，黑色组织为淬火的板条M组织，基体组织为F＋P＋W。组织分析显示，该部位的组织分布形态为焊接组织。表层

6、为焊接的低碳钢组织，F含量高，而P含量相对很低，组织形态与20钢相同。白亮层以下为45钢（基体）淬火组织。在焊接表层金属的过程中，在焊接热影响区使基体部分金属温度达到其临界温度，从而在其后的冷却中发生马氏体相变。风轮轴失效结论1.该轴安装轴承的轴表面经过表面补焊或堆焊处理，焊接材料为近似20钢。在焊接时，由于轴的台阶结构和散热，在台阶过渡处形成多处虚焊点，即轴上观察到的多处缺陷。这些虚焊表面，形同轴内存在宏观裂纹。轴在运行中，在这些缺陷根部以疲劳裂纹源的形式导致疲劳开裂。2.轴的基体组织中P含量偏高，且有明显的W组织。该组织的形成与该轴热处理时加热温度偏高，而冷却时冷速较正常

7、正火冷速快有关。虽然该组织在此次轴的开裂中不是根本性的因素，但此类组织可降低轴的疲劳强度。3.另外，该风机在运行中的振动较其它风机高，会造成振动疲劳和弯曲疲劳的联合作用，也导致轴的疲劳寿命降低。涡轮失效微观分析断口微观形貌凹坑微观形貌涡轮失效的结论蜗杆蜗轮装置安装时的偏移，使蜗轮使用时受力不均匀及铸件中的铸造缺陷——缩松，是造成蜗轮齿面点蚀的主要原因。而合金中化学成分不均匀是不容忽视的问题，特别是合金中铜含量的偏低，将会使蜗轮的耐磨性降低，应引起足够重视。谢谢大家Thankyou！