鍛件的缺陷斷口
鍛件的缺陷斷口反映了鍛件的內部缺陷,例如,通過斷口試驗可以檢査結構鋼、不銹鋼(奧氏體型除外)的白點,層狀斷口、內裂等缺陷及上述各鋼種的過熱、過燒等,對鉛、鎂、銅等有色金屬可用來檢查是否有氧化膜、氧化物夾雜等缺陷。
斷口的研究歷史已相當悠久,近30多年來,由于電子顯微鏡在斷口研究上的廣泛應用,對斷口的微現形態和斷裂機理有了更深人的認識。研究斷口形態、斷裂機理以及它們的影響因素,對提髙鍛件質墾有極為重要的意義。本文主要介紹各種缺陷斷口,為便于比較,對正常斷口也作簡要介紹。下面分別介紹各種斷口的特征、產生的條件和對質量的影響,以及斷口的宏觀形貌、微觀形態和斷裂機埋等
一、鍛件中的正常斷口
1.纖維狀斷口
斷口為暗灰色的無金屬光澤和無結晶顆粒的均勻組織,其邊緣有明顯的塑性變形。這種斷口屬于穿晶韌性斷裂。
經正常冶煉、鍛壓、調質處理后的鋼,可以得到纖維狀斷口。
呈現纖維狀斷扣的鍛件,其金屬致密、具有良好的綜合力學性能。
2.結晶狀斷口
斷口為亮灰色的有金屬光澤和結晶顆粒的組織,斷口邊緣無明顯的塑性變形。根據結晶顆粒的大小,結晶狀斷口有粗、細之分。一般結構鋼鍛件(馬氏體鋼除外),在退火、正火或高溫回火狀態下檢查時,則斷口的結晶顆粒較粗;而在脆性(淬火、淬火低溫回火)狀態下檢杳時則斷口結晶顆粒較細。對于高速鋼鍛件,在脆性狀態下的斷口則呈細陶瓷狀,并且隨著沖火加熱溫度的提高,結晶顆粒逐漸變粗。
常溫下獲得的結晶狀斷口,其微觀斷裂類型一般是穿晶準解理斷裂。結晶狀斷口的形成除受合金成分、熱處理工藝影響外,還同打斷口的試驗溫度與速度有關。
對于某些在調質狀態下檢驗斷口的合金結構鋼,纖維狀斷口中出現了結晶顆粒,便是一種不正常的斷口結晶顆粒降低了鋼的韌性。某些專用技術條件規定:結晶斷口所占面積不得超過整個斷口的50%。
二、鍛件中的缺陷斷口
1.萘狀斷口
萘狀斷口屬于粗晶粒的結晶斷口。斷口表面有金屬光澤,分布著許多取向不同、有反射能力、比較光滑的小亮點。它象萘晶體一樣,閃閃發光,因此稱為萘狀斷口。
萘狀斷口一般為穿晶解理斷裂。
若終鍛溫度過高,或鍛件過熱且變形量較小,在脆性狀態下檢查時,一般都呈萘狀斷口。高速鋼的萘狀斷口比合金結構鋼的明顯。
萘狀斷口降低了鋼的塑性和韌性,必須消除后方可使用。
2.石狀斷口與棱面斷口
石狀斷口與棱面斷口,在宏觀形貌上是類似的。這類斷口的宏規形貌是:斷口表面凸凹不平,如同砂石鑲嵌(也稱“過熱小平面”或“小棱面”)在斷面上,斷口呈灰白色,無金屬光澤。嚴重時石狀分布于整個斷面。
石狀斷口和梭面斷口都是沿粗晶粒的晶界斷裂。由于沿粗大的原奧氏體晶界析出的第二相(包括非金屬夾雜物)不同,其斷裂形態可分為沿晶韌性斷裂和沿晶脆性斷裂。石狀斷口或棱面斷口的檢查是在韌性狀態下進行的。
石狀斷口的成因,是加熱溫度過高、奧氏體晶粒粗大、冷卻時沿原奧氏體晶界析出了第二相質點或薄膜。對于不同鋼材,析出的物質也不同。
3.過燒斷口
過燒斷口在宏觀上也是一種石狀斷口,斷口表面極為凸凹不平,呈淺灰色,無金屬光澤,分布有一層氣化物或低熔點化合物。輕度過燒時它們僅出現在鍛件表面或棱角處,嚴重過燒時遍及整個斷面。
過燒斷口是一種沿晶脆性斷裂。
4.亮線
“亮線”主要是由于合金元素偏析造成的。在縱向斷口上,亮線呈結晶發亮的有反射能力的細條線,多數賢穿整個斷門,并且大多數產生在軸心部分。亮線的微觀形態是沿晶斷裂,晶界上無夾雜物。輕微的亮線對機械性能影響不大。亮線嚴重時,能明顯降低材料的塑性和韌性。
5.層狀斷口(木紋狀斷口)
層狀斷口是指在鍛件的縱向斷口上呈現出非結晶、無金屬光澤、無氧化條帶、無明顯塑性變形的木層狀結構,斷口凸凹不平和呈現臺階狀,它多出現在鋼的軸心區。
鋼中存在的大量非金屬夾雜物,在晶界上沉積,是形成層狀斷口的內因;鍛軋之后,特別是鍛比較大,形成纖維組織,是形成層狀斷口的外因。
層狀斷口使鋼的橫向力學性能,特別是塑性和沖擊韌性下降。這種斷口用熱處理方法不能消除,需要控制級別使用。
6.撕痕狀斷口
撕痕狀斷口是在縱向斷口上呈灰白色細品條帶,像撕開一樣。撕痕狀斷口為沿晶脆性斷裂。撕痕狀斷口是由于鋼中含AIN過多引起的,A1N在品界上呈薄膜狀分布。撕痕狀斷口使鋼的橫向塑性和韌性下降,嚴重的撕痕狀斷口,使鍛件性能不合格。
7.偏析線
偏祈線指在鍛件的縱向斷口上呈現出白色和銀白色的細條線。線條方向與主伸長變形方向一致。偏析線有兩種類型:一種是短粗的,在斷口上如同大米粒一樣;另一種為細而長的,如同白發絲一樣。偏析線的微觀形態為韌性斷裂,夾雜物附著在拉長的韌窩里。
鋼中存在大量的非金屬夾雜物,特別是硫化物,經過鍛、軋后被拉長,打斷口時常以偏析線的形式表現出來。
輕微的偏析線對力學性能影響不大,嚴重時能降低鋼的塑性和韌性。
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