《失效分析》课件.ppt

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1、17 7 金属构件加工金属构件加工缺陷与失效缺陷与失效 22 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 1 1、冷隔、冷隔 冷隔是存在于铸件表面或表皮下的不连续组织，是冷隔是存在于铸件表面或表皮下的不连续组织，是由两股未能相互融合的金属液流汇合所形成的不规则由两股未能相互融合的金属液流汇合所形成的不规则线性缺陷。线性缺陷。冷隔多呈裂纹状或具有光滑边缘的水纹外貌。其冷隔多呈裂纹状或具有光滑边缘的水纹外貌。其显微特征是金相组织比基体组织粗大，树枝状结晶明显微特征是金相组织比基体组织粗大，树枝状结晶明显，周围常被氧化皮所

2、包围，因而与基体组织有明显显，周围常被氧化皮所包围，因而与基体组织有明显界线，冷隔缺陷一般出现在铸件顶壁上，薄的水平面界线，冷隔缺陷一般出现在铸件顶壁上，薄的水平面和垂直面上，厚薄转接处及薄肋处等部位。和垂直面上，厚薄转接处及薄肋处等部位。32 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 2 2、气孔、气孔 金属在熔融状态溶解大量气体，在冷凝过程中，金属在熔融状态溶解大量气体，在冷凝过程中，绝大部分气体逸出，残余的少量气体则在金属构件内绝大部分气体逸出，残余的少量气体则在金属构件内部形成气孔或称为气泡。在砂型铸造时，

3、砂中的水分部形成气孔或称为气泡。在砂型铸造时，砂中的水分与液态金属发生作用，也可能形成气泡。此外，液态与液态金属发生作用，也可能形成气泡。此外，液态金属在浇注和在铸型腔内流动的过程中，空气或铸型金属在浇注和在铸型腔内流动的过程中，空气或铸型内的特殊气氛可能被机械地卷入而引起气泡。内的特殊气氛可能被机械地卷入而引起气泡。42 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 气气孔孔常常呈呈大大小小不不等等的的圆圆形形、椭椭圆圆形形及及少少数数不不规规则则形形状状（如如喇喇叭叭形形），产产生生于于钢钢锭锭边边缘缘一一带带的的

4、气气泡泡常常垂垂直直于于型型壁壁。孔孔内内一一般般无无氧氧化化和和夹夹杂杂，气气孔孔的的断断口口形形貌貌特特征征为为光光滑滑、干干净净的的内内壁壁。但但因因空空气气卷卷入入而而引引起起的的气气泡，则常因氧化而呈现暗蓝色或褐黑色。泡，则常因氧化而呈现暗蓝色或褐黑色。气孔常出现在铸件最后凝固的厚大处或厚薄截面气孔常出现在铸件最后凝固的厚大处或厚薄截面的交接处。的交接处。52 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 3 3、针孔、针孔 溶溶解解于于合合金金液液中中的的气气体体在在凝凝固固过过程程中中析析出出时时，因因某

5、某种种原原因因而而残残留留在在铸铸件件中中形形成成的的针针状状孔孔洞洞，是是小小于于或或等等于于1 1毫毫米米的的小小气气孔孔。针针孔孔在在铸铸件件中中呈呈狭狭长长形形，方方向向与与表表面面垂垂直直、有有一一定定深深度度，孔孔内内表表面面光光滑滑，一一般般在在表表面面处孔径较小，向内逐渐增大。处孔径较小，向内逐渐增大。通通常常，针针孔孔无无规规则则地地分分布布在在铸铸件件的的各各个个部部位位，特特别别是是厚厚大大截截面面处处，内内转转角角及及冷冷却却速速度度缓缓慢慢的的部部位位。但但在在有色金属内有时也在晶粒内呈规则的排列。有色金属内有时也在晶粒内呈规则的排列。62 27.1 7.1 铸造加工

6、缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 4 4、缩孔、缩孔 由由于于金金属属从从液液态态至至固固态态的的凝凝固固期期间间，产产生生的的收收缩缩得得不不到到充充分分补补缩缩，使使铸铸件件在在最最后后凝凝固固部部位位形形成成具具有有粗粗糙糙的的或或粗粗晶晶粒粒表表面面的的孔孔洞洞，一一般般呈呈倒锥形。倒锥形。72 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 5 5、疏松、疏松 铸铸件件组组织织不不致致密密，存存在在着着细细小小且且分分散散的的孔孔穴穴称称为为疏疏松松

7、（或或缩缩松松）。疏疏松松产产生生的的基基本本原原因因与与缩缩孔孔相相似似。在在有有色色金金属属铸铸件件内内，有有时时会会发发现现沿沿晶晶界界分分布布的的疏疏松松，也也称称为为晶晶间间疏疏松松，黑黑色色金金属属中中很很少少见见。通通常常，疏疏松松细细小小而而分分散散，表表面面或或内内壁壁不不光光滑滑，常常可可见见到到明明显显的的较较粗粗大大的的树树枝枝状状结结晶晶，严严重重时时可可产产生生裂裂纹纹。一一般般情情况况下下，疏松区域的夹杂也比较集中。疏松区域的夹杂也比较集中。82 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形

8、貌 6 6、夹杂物、夹杂物 固固态态金金属属基基体体内内的的非非金金属属物物质质。铸铸件件中中常常见见的的夹夹杂杂物物包包括括耐耐火火材材料料、熔熔渣渣、熔熔剂剂、脱脱氧氧产产物物及及铸铸造造金金属属氧氧化化物物等等的的颗颗粒粒，一一般般又又可可分分为为硫硫化化物物、氧氧化化物物、氮氮化化物物和和硅硅酸酸盐盐等等。绝绝大大多多数数非非金金属属夹夹杂杂物物没没有有金金属属光光泽泽；不不同同的的夹夹杂杂物物具具有有不不同同的的色色泽泽与与形形状状，其其熔熔点点和和性性质质亦亦各各不不相相同同。非非金金属属夹夹杂杂物物在在反反射射光光下下的的色色泽泽，随随显显微微镜镜观观察察时时所所用用的的光光源源

9、的的性性质质不不同同而而有有改改变变；只只有在暗场或偏振光下才能看到夹杂物的固有色彩。有在暗场或偏振光下才能看到夹杂物的固有色彩。92 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 鉴别夹杂物的方法有宏观的和微观的两大类：鉴别夹杂物的方法有宏观的和微观的两大类：宏观鉴别法：宏观鉴别法：较为常用的有断口鉴别法、硫印、较为常用的有断口鉴别法、硫印、酸侵和热蚀、超声波鉴定法等；酸侵和热蚀、超声波鉴定法等；微微观观鉴鉴别别法法：常常用用的的有有化化学学分分析析法法、岩岩相相法法、金金相相法法、X-RayX-Ray衍衍射射和和电

10、电子子显显微微镜镜观观察察等等，可可以以确确定定夹夹杂杂物物的的种种类类、形形状状、性性质质和和分分布布，其其中中金金相相法法的的使使用用最最为广泛。为广泛。102 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 MnSMnS与与FeSFeS固溶体型夹杂物，球状或共晶状固溶体型夹杂物，球状或共晶状 ，良好的塑性，抛光时不易剥落良好的塑性，抛光时不易剥落 ，明场中，明场中FeSFeS为淡为淡黄色，黄色，MnSMnS呈蓝灰色。随呈蓝灰色。随MnSMnS含量的增加由带浅含量的增加由带浅蓝的灰色变为深灰色，然后再变得稍微透明而具蓝的灰色变为深灰色，然后再变得稍微透明而具有黄绿色；暗场下不透明；

11、偏光下各向异性，不有黄绿色；暗场下不透明；偏光下各向异性，不透明。易受透明。易受10%10%铬酸、碱性苦味酸钠和铬酸、碱性苦味酸钠和20%20%氢氟氢氟酸溶液的侵蚀。酸溶液的侵蚀。硫化物硫化物112 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 SiOSiO2 2夹杂物夹杂物 石英（六方晶系）、磷石英（斜方晶系）、石英（六方晶系）、磷石英（斜方晶系）、方石英（方石英（属立方晶系，属立方晶系，属四方晶系）。非晶属四方晶系）。非晶体体SiOSiO2 2 ，大小不同的典型小球，大小不同的典型小球 ，明场中呈深灰，明场中呈深灰色，常随其中所含的杂质不同而具有不同的色色，常随其中所含的杂质不同

12、而具有不同的色彩，中心有亮点，边缘有亮环；暗场中无色透彩，中心有亮点，边缘有亮环；暗场中无色透明，鲜明地发亮；偏光下透明并有暗十字。明，鲜明地发亮；偏光下透明并有暗十字。122 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 Al2O3夹杂物 无确定形状。硬脆，不易磨光，易剥落无确定形状。硬脆，不易磨光，易剥落，常在磨光面上留下曳尾。，常在磨光面上留下曳尾。明场中呈深灰带紫色；暗场中透明，呈明场中呈深灰带紫色；暗场中透明，呈亮黄色；偏光下各向异性，但颗粒小时各向亮黄色；偏光下各向异性，但颗粒小时各向异性不明显。异性不明显。132 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效

13、TiNTiN夹杂物夹杂物 立方晶系。呈有规则的几何形状，如正方立方晶系。呈有规则的几何形状，如正方形或长方形等形或长方形等 。无可塑性，易剥落。受煮沸的。无可塑性，易剥落。受煮沸的20%20%氢氟酸溶液侵蚀。明场中呈淡黄色；随基氢氟酸溶液侵蚀。明场中呈淡黄色；随基体中含碳量的增加，其色彩依淡黄体中含碳量的增加，其色彩依淡黄粉红粉红紫紫红而变动。暗场中不透明，周界为光亮的线条红而变动。暗场中不透明，周界为光亮的线条所围绕；偏光下各向同性，不透明。所围绕；偏光下各向同性，不透明。142 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺

14、陷及形貌 7 7、偏析、偏析 合合金金在在冷冷凝凝过过程程中中，由由于于某某些些因因素素导导致致的的化化学学成成分分不一致称为偏析。不一致称为偏析。（1 1）区域偏析）区域偏析 （2 2）比重偏析）比重偏析 （3 3）枝晶偏析）枝晶偏析 152 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 8 8、热裂纹、热裂纹 热热裂裂纹纹发发生生在在金金属属完完全全凝凝固固之之前前，在在固固相相线线附附近近的的液液固固共共存存区区，由由于于收收缩缩受受阻阻而而形形成成的的裂裂纹纹。该该裂裂纹纹常常常常延延伸伸到到铸铸件件表表面面，

15、暴暴露露于于大大气气之之中中，受受到到严严重重氧氧化和脱碳或发生其它大气反应。化和脱碳或发生其它大气反应。显显微微形形貌貌特特征征为为呈呈连连续续或或断断续续分分布布，有有时时呈呈网网状状或或半半网网状状，裂裂纹纹短短而而宽宽，无无尖尖尾尾，形形状状曲曲折折，无无金金属属光光泽泽(呈呈氧氧化化色色)。微微观观上上为为沿沿晶晶断断裂裂，伴伴有有严严重重的的氧氧化脱碳，有时有明显的偏析、疏松、杂质和孔洞等。化脱碳，有时有明显的偏析、疏松、杂质和孔洞等。162 27.1 7.1 铸造加工缺陷与失效铸造加工缺陷与失效 7.1.17.1.1常见铸造加工缺陷及形貌常见铸造加工缺陷及形貌 9 9、冷裂纹、冷

16、裂纹 冷冷裂裂纹纹发发生生在在金金属属凝凝固固之之后后，由由于于冷冷却却时时所所形形成成的的热热应应力力、组组织织应应力力及及搬搬运运、清清理理、校校正正时时的的热热振振作作用用而而产产生生。冷冷裂裂纹纹不不如如热热裂裂纹纹明明显显，裂裂纹纹细细小小，呈呈连连续续直直线线状状。微微观观上上为为穿穿晶晶扩扩展展，基基本本上上无无氧氧化化脱脱碳碳，两两侧组织和基体相差不大。侧组织和基体相差不大。冷冷裂裂纹纹大大多多出出现现在在铸铸件件的的最最后后凝凝固固的的部部位位，特特别别是是在在应应力力集集中中的的内内尖尖角角、缩缩孔孔、夹夹杂杂部部位位及及结结构构复复杂杂的的铸件上。铸件上。172 27.2

17、 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 7.2.1 7.2.1 常见锻造加工缺陷及形貌常见锻造加工缺陷及形貌 1 1、折叠、折叠 锻锻件件一一部部分分表表面面金金属属折折入入锻锻件件内内部部、使使金金属属形形成成重叠层缺陷，称为折叠。重叠层缺陷，称为折叠。折叠是金属在锻轧过程中，变形流动金属与已氧折叠是金属在锻轧过程中，变形流动金属与已氧化的金属汇合在一起而形成。轧锻时产生的尖角，耳化的金属汇合在一起而形成。轧锻时产生的尖角，耳子一般均较薄，冷却速度较基体快，易氧化而形成一子一般均较薄，冷却速度较基体快，易氧化而形成一层氧化皮，因而不能再与基体金属互相焊合而产生折层氧化皮，因而不能再与

18、基体金属互相焊合而产生折叠。在锻件的截面突变出、枝杈结构处，由于金属的叠。在锻件的截面突变出、枝杈结构处，由于金属的多向流动易于形成折叠。多向流动易于形成折叠。182 2 常常见见的的有有：存存在在于于轧轧件件一一侧侧的的贯贯穿穿全全长长的的折折叠叠；在在轧轧件件两两边边相相对对称称的的侧侧面面上上贯贯穿穿全全长长的的折折叠叠；或或存存在在于于锻锻、轧轧件件全全长长上上断断续续状状的的分分散散折折叠叠（模模锻锻件件或或轧轧件件上上的的分分散散折折叠叠石石具具有有周周期期性性分分布布的的）；拔拔长长件件横横断断面面上上的的横横向向折折叠叠；线线材材、管管材材上上的的横横向向全全长长折折叠叠或或局

19、局部部折叠等。折叠等。形成折叠的主要原因有：铸锭或坯料表面存在缺形成折叠的主要原因有：铸锭或坯料表面存在缺陷（疤痕和不平整、粗大的刮伤、轧辊表面有磨损或陷（疤痕和不平整、粗大的刮伤、轧辊表面有磨损或剥落；模具表面缺陷）；锻、轧前金属加热不良；锻剥落；模具表面缺陷）；锻、轧前金属加热不良；锻模、轧槽设计不合理；锻、轧工艺或操作不当；冷拔模、轧槽设计不合理；锻、轧工艺或操作不当；冷拔工艺不当等。工艺不当等。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 192 2 锻锻、轧轧件件表表面面上上存存在在的的折折叠叠，在在很很多多情情况况下下与与裂裂纹纹等等缺缺陷陷难难以以区区别别，因因此此正正确

20、确地地判判断断与与区区分分这这些些缺缺陷陷的的性性质质，对对失失效效件件的的分分析析和和以以后后采采取取相相应应得得工工艺艺和和措措施以防止其产生，是极其重要的。施以防止其产生，是极其重要的。折折叠叠从从表表面面开开始始，其其高高倍倍特特征征是是开开口口较较大大，两两侧侧较较平平滑滑，有有程程度度不不同同的的氧氧化化脱脱碳碳现现象象，尾尾端端圆圆秃秃，内内存存氧氧化化物物夹夹杂杂，一一般般与与金金属属表表面面呈呈锐锐角角，或或与与金金属属流流线线方向一致。方向一致。对对有有色色金金属属型型材材上上的的折折叠叠进进行行微微观观分分析析时时，在在折折叠叠缝缝内内及及其其两两侧侧，通通常常见见不不到

21、到氧氧化化物物夹夹杂杂，两两侧侧无无脱脱碳组织。碳组织。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 202 2 2 2、分层、分层 锻锻件件金金属属局局部部不不连连续续而而分分隔隔为为两两层层或或多多层层称称为为分分层。层。缺缺陷陷产产生生的的主主要要原原因因是是金金属属中中存存在在未未焊焊合合的的裂裂纹纹，非非金金属属夹夹杂杂物物、缩缩孔孔、气气孔孔等等缺缺陷陷，在在锻锻造造后后使使金金属属局部不连续而分隔为两层或多层。局部不连续而分隔为两层或多层。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 212 2 3 3、锻入的氧化皮、锻入的氧化皮 一一般般情情况况下下，金金属属表

22、表面面极极易易氧氧化化，尤尤其其在在锻锻造造加加热热过过程程中中，极极易易形形成成表表面面氧氧化化皮皮，如如FeFe、SiSi和和MnMn的的氧氧化化物物，铝铝合合金金则则形形成成AlAl2 2O O3 3氧氧化化膜膜。这这些些氧氧化化皮皮(氧氧化化膜膜)是是在在合合金金熔熔炼炼，浇浇注注或或前前道道轧轧锻锻工工序序中中形形成成的的，并并且且在在锻锻压压之之前前或或之之中中都都不不能能消消除除，它它的的作作用用如如同同非非金金属属夹夹杂杂物物，其其显显微微特特征征为为沿沿金金属属流流线线呈呈点点状状或或线线状状(条状条状)分布。分布。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 222

23、 2 4 4、流线不顺、流线不顺 锻锻件件流流线线不不沿沿零零件件主主要要轮轮廓廓外外形形分分布布，严严重重时时会会形成涡流，穿流或紊流流线。形成涡流，穿流或紊流流线。涡流即锻件流线呈旋涡状或树木年轮状。涡流即锻件流线呈旋涡状或树木年轮状。穿穿流流即即在在锻锻件件肋肋条条或或凸凸台台根根部部金金属属流流线线被被穿穿断断，破破坏了金属流线的连续性。坏了金属流线的连续性。紊流则呈不规则而紊乱的流线。紊流则呈不规则而紊乱的流线。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 232 2 5 5、裂纹、裂纹 锻锻件件内内部部的的裂裂纹纹有有两两种种类类型型：内内部部纵纵向向裂裂纹纹和和内内部横向

24、裂纹。部横向裂纹。（1 1）内部纵向裂纹）内部纵向裂纹 在在锻锻坯坯横横断断面面上上呈呈十十字字型型（所所以以也也称称为为十十字字裂裂纹纹）或或条条状状，有有的的甚甚至至穿穿透透锻锻坯坯中中心心延延伸伸至至表表面面与与空空气气接接触触而而被被氧氧化化。有有的的裂裂纹纹没没有有暴暴露露在在锻锻坯坯端端部部，因因此此不不与与大大气气相相通通，开开裂裂面面未未被被氧氧化化。由由于于在在锻锻造造过过程程中中开开裂裂面面之之间间存存在在摩摩擦擦，当当剖剖开开时时可可以以观观察察到到开开裂裂面面有有磨磨光和发亮的情况。光和发亮的情况。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 242 2 十十字

25、字形形裂裂纹纹形形成成的的原原因因是是锻锻造造温温度度低低，锻锻坯坯拔拔长长时时，沿沿着着切切应应力力最最大大的的对对角角线线上上产产生生的的交交变变应应力力引引起起。当当锻锻坯坯中中保保留留着着粗粗大大柱柱状状晶晶时时易易导导致致裂裂纹纹形形成成。高高速速钢钢由由于于内内部部组组织织中中存存在在着着莱莱氏氏体体共共晶晶、网网状状及及块块状状碳碳化化物物或或疏疏松松等等缺缺陷陷，在锻造过程中易出现此种裂纹。在锻造过程中易出现此种裂纹。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 252 2 （2 2）内部横向裂纹）内部横向裂纹 主主要要位位于于锻锻坯坯中中心心部部位位：裂裂纹纹断断面面

26、呈呈粗粗糙糙状状，属属沿沿晶断裂性质。晶断裂性质。内部横向裂纹产生的主要原因是毛坯在加热或锻内部横向裂纹产生的主要原因是毛坯在加热或锻造过程中，由于加热不均或工艺参数不当，其表层造过程中，由于加热不均或工艺参数不当，其表层金属的变形金属的变形(如伸长如伸长)大于心部金属的变形，而导致大于心部金属的变形，而导致心部受拉应力，当拉应力超过材料自身的抗拉强度心部受拉应力，当拉应力超过材料自身的抗拉强度时，心部将出现横向裂纹。时，心部将出现横向裂纹。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 262 2 （3 3）龟裂）龟裂 锻锻件件表表面面呈呈龟龟壳壳网网络络状状的的裂裂纹纹称称龟龟裂裂或

27、或网网状状裂裂纹纹。其形成的主要原因是过热、过烧、渗硫、渗铜等。其形成的主要原因是过热、过烧、渗硫、渗铜等。锻锻件件加加热热温温度度过过高高，引引起起晶晶粒粒粗粗大大或或过过烧烧，氧氧沿沿晶晶渗渗入入生生成成氧氧化化物物，削削弱弱了了晶晶粒粒间间结结合合力力，降降低低了了塑塑性性变变形形能能力力，或或热热疲疲劳劳使使锻锻件件局局部部强强度度降降低低，应应力力增增大大，以致在锻造加工时沿晶界出现表面龟裂。以致在锻造加工时沿晶界出现表面龟裂。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 272 2 钢钢材材或或燃燃料料中中含含硫硫量量过过高高，引引起起金金属属晶晶界界渗渗硫硫，在在晶晶界界

28、上上形形成成低低熔熔点点的的硫硫化化亚亚铁铁和和FeFe的的共共晶晶体体，其其共共晶晶温温度度低低于于10001000，在在正正常常的的锻锻造造温温度度下下，晶晶界界即即被被熔熔化，经锻造后形成龟裂化，经锻造后形成龟裂(称热脆称热脆)。锻锻件件含含铜铜量量过过高高(0.2%)(0.2%)，并并在在氧氧化化气气氛氛中中加加热热，在在钢钢的的表表面面氧氧化化皮皮下下，富富集集一一层层熔熔点点低低于于11001100的的富富铜铜合合金金，在在锻锻造造加加热热温温度度下下即即熔熔化化，并并浸浸蚀蚀表表面面层层的的晶晶界界，锻锻造造时时形形成成龟龟裂裂称称为为铜铜脆脆。在在加加热热炉炉中中含含有有残残存

29、存的的铜铜杂杂质质时时，也也会会因因融融熔熔的的铜铜沿沿晶晶界界渗渗入入而而引引起龟裂。起龟裂。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 282 2 6 6、过热与过烧、过热与过烧 金金属属坯坯加加热热温温度度超超过过始始锻锻温温度度，或或在在高高温温下下长长时时间间保保温温，致致使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒迅迅速速长长大大，或或终终锻锻温温度度过过高高而而剩剩余余变变形形量量(剩剩余余锻锻造造比比)又又小小，这这时时高高温温引引起起的的晶晶粒粒长长大大，不不能能由由剩剩余余变变形形量量对对晶晶粒粒的的破破碎碎作作用用所所抵抵消消，因而形成粗晶粒组织的现象，称为过热。因而形成粗晶粒组织

30、的现象，称为过热。过过热热钢钢锻锻件件，断断面面粗粗糙糙灰灰暗暗，属属沿沿晶晶断断裂裂，高高速速钢钢锻件，断口晶粒粗大，有金属光泽，属穿晶断裂。锻件，断口晶粒粗大，有金属光泽，属穿晶断裂。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 292 2 锻锻件件加加热热温温度度接接近近熔熔点点温温度度，或或长长时时间间在在氧氧化化性性气气氛氛的的高高温温炉炉中中保保温温，不不仅仅使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒极极为为粗粗大大，而而且且炉炉中中的的氧氧以以原原子子形形式式渗渗入入晶晶界界处处，使使FeFe，S S等等元元素素氧氧化化，形形成成低低熔熔点点的的氧氧化化物物或或共共晶晶体体，造造成成晶晶界

31、界早早期期熔熔化化，破破坏坏了了晶晶粒粒间间的的联联系系，这这种种现现象象称称为为过过烧烧或或烧烧毁。毁。过过烧烧的的钢钢在在锻锻造造时时一一触触即即裂裂，裂裂口口宽宽大大，裂裂纹纹沿沿晶晶扩扩展展，两两侧侧严严重重氧氧化化脱脱碳碳，沿沿晶晶界界形形成成网网状状氧氧化化物物夹夹杂及脱碳组织。杂及脱碳组织。7.2 7.2 锻造加工缺陷与失效锻造加工缺陷与失效 302 2 1 1、焊接裂纹、焊接裂纹 焊焊接接裂裂纹纹是是指指焊焊件件在在焊焊接接或或焊焊后后的的退退火火、存存放放、装装配配，使使用用过过程程中中产产生生的的各各种种裂裂纹纹，它它是是焊焊接接缺缺陷陷和和焊焊接应力共同作用的结果。接应力

32、共同作用的结果。焊焊接接裂裂纹纹按按其其性性质质可可分分为为热热裂裂纹纹、冷冷裂裂纹纹和和延延迟迟裂裂纹三种。纹三种。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 312 2 （1 1）热裂纹）热裂纹 热热裂裂纹纹大大部部分分是是在在结结晶晶过过程程中中产产生生的的裂裂纹纹，所所以以又又叫叫结结晶晶裂裂纹纹或或高高温温裂裂纹纹。根根据据所所焊焊材材料料不不同同，产产生生热热裂裂纹纹的的形形态态、温温度度区区间间和和主主要要原原因因也也各各有有不不同同，因因此此又又把把热热裂裂纹纹分分为为结结晶晶裂裂纹纹、液液化化裂裂纹纹和和多多边边化化裂裂纹纹三种。三种。形形貌貌 焊焊接接热热裂裂纹纹

33、必必然然是是沿沿晶晶裂裂纹纹，呈呈光光滑滑的的锯锯齿齿形形边边缘缘，连连续续或或不不连连续续地地沿沿着着晶晶界界或或枝枝晶晶边边界界分分布布于于焊焊缝缝下下面面，有有时时呈呈蟹蟹脚脚状状或或网网状状。焊焊缝缝内内腔腔及及附附近近晶晶界界或或多多或或少少地地存存在在有有硫硫化化物物、磷磷化化物物、碳碳化化物物、氧氧化化物物、硼化物夹杂，其断口具有明显的氧化色特征。硼化物夹杂，其断口具有明显的氧化色特征。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 322 2 结结晶晶裂裂纹纹主主要要产产生生在在含含杂杂质质较较多多的的碳碳钢钢、低低合合金金钢钢、镍镍基基合合金金以以及及某某些些铝铝合合金

34、金的的焊焊缝缝中中。个个别别情情况况下下，结晶裂纹也在热影响区产生。结晶裂纹也在热影响区产生。液液化化裂裂纹纹主主要要发发生生在在含含有有铬铬镍镍的的高高强强钢钢、奥奥氏氏体体钢钢以以及及某某些些镍镍基基合合金金的的近近缝缝区区或或多多层层焊焊层层间间部部位位。母母材材和和焊焊丝丝中中的的硫硫、磷磷、硅硅、碳碳偏偏高高时时，液液化化裂裂纹纹的的倾倾向向将显著增加。将显著增加。多多边边化化裂裂纹纹多多发发生生在在纯纯金金属属或或单单相相奥奥氏氏体体合合金金的的焊焊缝中或近缝区。缝中或近缝区。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 332 2 （2 2）冷裂纹）冷裂纹 冷冷裂裂纹纹是

35、是在在金金属属焊焊后后冷冷却却过过程程中中形形成成的的裂裂纹纹，又又叫叫低低温温裂裂纹纹。是是焊焊接接生生产产中中较较为为普普遍遍的的一一种种裂裂纹纹，焊焊后后立立即即发发生生，没没有有延延迟迟现现象象，通通常常出出现现在在热热影影响响区区，有时出现在焊缝上。有时出现在焊缝上。冷冷裂裂纹纹是是焊焊接接热热应应力力、淬淬硬硬组组织织应应力力和和机机械械应应力力共共同同作作用用的的结结果果。钢钢在在冷冷却却过过程程中中，过过冷冷奥奥氏氏体体如如果果发发生生马马氏氏体体相相变变，形形成成硬硬而而脆脆的的淬淬硬硬层层组组织织，在在焊焊接接应应力作用下，即可能产生焊接冷裂纹。力作用下，即可能产生焊接冷裂

36、纹。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 342 2 有有些些塑塑性性较较低低的的材材料料焊焊接接时时，冷冷却却时时由由于于收收缩缩力力引引起起的的应应变变超超过过了了材材料料自自身身的的塑塑性性极极限限或或材材质质变变脆脆而而产生裂纹，也是焊接冷裂纹，又称为低塑性脆化裂纹。产生裂纹，也是焊接冷裂纹，又称为低塑性脆化裂纹。形形貌貌 熔熔焊焊冷冷裂裂纹纹具具有有锯锯齿齿形形凹凹凸凸不不平平，深深浅浅不不一一，尾尾端端细细而而尖尖锐锐，与与淬淬火火裂裂纹纹相相似似。在在淬淬硬硬性性高高的的钢钢中中，一一般般属属沿沿晶晶裂裂纹纹，在在淬淬硬硬性性低低的的钢钢中中，通通常常为为穿穿晶晶

37、裂裂纹纹，有有时时也也有有混混晶晶特特征征。断断口口的的氧氧化化色色不不明明显显，没没有有明显夹杂，大部分属于解理断裂。明显夹杂，大部分属于解理断裂。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 352 2 （3 3）延迟裂纹）延迟裂纹 实实质质上上也也是是由由焊焊接接应应力力为为主主要要原原因因的的冷冷裂裂纹纹，而而且且使使焊焊接接冷冷裂裂纹纹的的中中一一种种普普遍遍形形态态。它它是是在在焊焊后后几几分分钟钟、几十分钟乃至几天以后产生的裂纹，即具有延迟性质。几十分钟乃至几天以后产生的裂纹，即具有延迟性质。延延迟迟裂裂纹纹的的产产生生，是是由由于于高高温温下下奥奥氏氏体体中中固固溶溶了

38、了较较多多的的氢氢，主主要要取取决决于于钢钢种种的的淬淬硬硬倾倾向向、焊焊接接接接头头的的应应力状态和熔敷金属中的扩散氢含量。力状态和熔敷金属中的扩散氢含量。断断口口形形貌貌 呈呈亮亮晶晶状状结结晶晶断断口口，无无氧氧化化色色，微微观观形形态态以以马马氏氏体体的的解解理理断断裂裂为为主主，并并混混有有沿沿晶晶断断裂裂的的混混合合型断裂。型断裂。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 362 2 （4 4）再热裂纹）再热裂纹 对对于于某某些些含含有有沉沉淀淀强强化化元元素素的的钢钢种种和和高高温温合合金金（包包括括低低合合金金高高强强钢钢、珠珠光光体体耐耐热热钢钢、沉沉淀淀强强化化

39、高高温温合合金金，以以及及某某些些奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢等等）在在焊焊后后并并没没有有发发现现裂裂纹纹，而而是是在在回回火火热热处处理理或或在在高高温温下下使使用用过过程程中中产产生生的裂纹，称为再热裂纹。的裂纹，称为再热裂纹。再再热热裂裂纹纹都都是是产产生生在在焊焊接接热热影影响响区区的的过过热热粗粗晶晶部部位位，并并且且具具有有晶晶间间开开裂裂的的特特征征。在在母母材材、焊焊缝缝合合热热影影响响区区的的细细晶晶区区均均不不产产生生再再热热裂裂纹纹。裂裂纹纹的的走走向向是是沿沿熔熔合合线线附附近近的的粗粗大大晶晶粒粒晶晶界界扩扩展展，有有时时裂裂纹纹并并不不连连续续，而是断续的，遇到细晶组

40、织就停止扩展。而是断续的，遇到细晶组织就停止扩展。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 372 2 回回火火之之前前焊焊接接区区存存在在较较大大的的残残余余应应力力并并有有程程度度不不同同的的压压力力集集中中，二二者者必必须须同同时时存存在在，否否则则不不会会产产生生再再热裂纹。热裂纹。再再热热裂裂纹纹的的产产生生与与再再热热温温度度和和时时间间有有关关，存存在在一一个个敏感温度区，对于一般低合金钢，约在敏感温度区，对于一般低合金钢，约在500500700700 C C。含含有有一一定定沉沉淀淀强强化化元元素素的的金金属属材材料料才才具具有有产产生生再再热热裂裂纹纹的的敏敏感感

41、性性，普普通通碳碳素素钢钢和和固固熔熔强强化化的的金金属属材材料料，一般不产生再热裂纹。一般不产生再热裂纹。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 382 2 （5 5）层状撕裂）层状撕裂 大大型型厚厚壁壁结结构构，在在焊焊接接过过程程中中常常在在钢钢板板的的厚厚度度方方向向承承受受较较大大的的拉拉伸伸应应力力，于于是是沿沿钢钢板板轧轧制制方方向向出出现现一一种台阶状的裂纹，一般称为层状撕裂。种台阶状的裂纹，一般称为层状撕裂。层层状状撕撕裂裂是是一一种种内内部部的的低低温温开开裂裂，一一般般在在表表面面难难以以发发现现。其其主主要要特特征征就就是是呈呈现现阶阶梯梯状状开开裂裂，这

42、这是是其其他他裂裂纹纹所所没没有有的的。层层状状撕撕裂裂的的全全貌貌基基本本是是平平行行于于轧轧制制表表面面的的平平台台与与大大致致垂垂直直于于平平台台的的剪剪切切壁壁所所组组成成。在在撕撕裂裂的的平平台台部部位位常常可可发发现现不不同同类类型型的的非非金金属属夹夹杂杂物物（如如MnS、硅酸盐和铝酸盐等）。硅酸盐和铝酸盐等）。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 392 2 层层状状撕撕裂裂场场出出现现在在T T型型接接头头、角角接接头头和和十十字字接接头头中中，一一般般在在对对接接接接头头很很少少发发现现，但但在在焊焊趾趾和和焊焊根根处处由由于于冷冷裂纹的诱发也会出现层状撕裂

43、。裂纹的诱发也会出现层状撕裂。层层状状撕撕裂裂的的产产生生与与钢钢种种强强度度级级别别无无关关，主主要要与与钢钢中中夹夹杂杂物物量量与与分分布布形形态态有有关关。当当沿沿轧轧制制方方向向上上以以片片状状的的MnSMnS夹夹杂杂为为主主时时，层层状状撕撕裂裂具具有有清清晰晰的的阶阶梯梯状状；当当以以硅硅酸酸盐盐夹夹杂杂为为主主时时呈呈直直线线状状，以以AlAl2 2O O3 3为为主主时时则则呈呈不不规规则的阶梯状。则的阶梯状。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 402 2 2 2、气孔、气孔 溶溶入入熔熔池池焊焊缝缝金金属属中中的的气气体体(CO(CO2 2、H H2 2、N

44、 N2 2、水水蒸蒸汽汽等等)，在在金金属属凝凝固固前前未未来来得得及及逸逸出出，而而在在焊焊缝缝金金属属表表面或内部形成的孔穴称气孔。面或内部形成的孔穴称气孔。形形貌貌 COCO2 2形形成成的的气气孔孔，其其外外形形主主要要呈呈条条虫虫状状，是是圆圆形形气气孔孔的的连连续续；由由H H2 2形形成成的的气气孔孔，其其外外形形主主要要有有针针孔孔形形（似似针针孔孔的的微微小小气气孔孔）和和圆圆型型；由由N N2 2形形成成的的气气孔孔，其其外外形形多多呈呈表表面面开开口口的的气气孔孔。根根据据起起因因不不同同，气气孔孔可可分为孤立的、线状排列的和群集的三类。分为孤立的、线状排列的和群集的三类

45、。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 412 2 3 3、夹渣、夹渣 夹夹渣渣是是指指焊焊后后残残留留在在焊焊缝缝金金属属内内部部或或熔熔合合线线上上的的熔熔渣渣或或非非金金属属夹夹杂杂物物。例例如如：残残留留在在手手工工电电弧弧焊焊、埋埋弧弧焊焊焊焊缝缝中中的的融融渣渣,CO,CO2 2气气体体保保护护焊焊焊焊缝缝中中的的氧氧化化物物夹夹杂杂，钨极保护焊焊缝中的钨电极夹杂等。钨极保护焊焊缝中的钨电极夹杂等。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 422 2 4 4、焊缝成形不良、焊缝成形不良 不不良良的的焊焊缝缝外外形形包包括括有有焊焊瘤瘤、咬咬边边和和焊焊缝

46、缝外外形形尺尺寸不符合要求等。寸不符合要求等。焊焊瘤瘤是是熔熔融融金金属属流流到到焊焊缝缝根根部部之之外外而而后后凝凝固固所所形形成成的的金金属属瘤瘤；咬咬边边是是母母材材和和焊焊缝缝交交界界处处，在在母母材材表表面面形形成成的的沟沟槽槽或或凹凹陷陷，在在熔熔融融金金属属深深度度达达到到母母材材高高度度时时，则则形形成成烧烧穿穿或或穿穿孔孔；焊焊缝缝外外形形尺尺寸寸不不符符合合耍耍求求，是是指指焊焊缝缝隆隆起起面面过过高高过过陡陡，高高低低不不平平，宽宽度度不不等等，焊焊波波粗粗劣等现象。劣等现象。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 432 2 5 5、未填满、未填满 焊焊缝

47、缝金金属属不不足足，沿沿焊焊缝缝长长度度方方向向在在焊焊缝缝表表面面形形成成的连续或断续沟槽。的连续或断续沟槽。6 6、未焊透、未焊透 未未焊焊透透是是指指母母材材与与母母材材，熔熔敷敷金金属属与与熔熔敷敷金金属属，母母材材与与熔熔敷敷金金属属之之间间局局部部未未熔熔化化的的现现象象。此此缺缺陷陷一一般般出出现现在在焊焊缝缝的的根根部部或或基基体体金金属属与与熔熔化化金金属属未未熔熔合合(对对接接或角接时或角接时)，焊缝金属向基体金属中熔透不足的部位。，焊缝金属向基体金属中熔透不足的部位。7 7、过烧、过烧 特特征征：金金属属强强烈烈氧氧化化，在在电电极极周周围围有有金金属属熔熔化化的的痕痕迹

48、，有蜂窝孔和较大的外部飞溅。迹，有蜂窝孔和较大的外部飞溅。7.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 442 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 咬边咬边气孔气孔452 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 未焊透未焊透夹渣夹渣462 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 472 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 482 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 492 27.3 7.3 焊接加工缺陷与失效焊接加工缺陷与失效 502 27.4 7.4 热处理缺陷与失效热处理缺陷与失效 7.4.

49、1 7.4.1 常见的热处理缺陷及形貌常见的热处理缺陷及形貌1 1、氧化、脱碳、氧化、脱碳 所所谓谓氧氧化化是是材材料料中中的的金金属属元元素素在在加加热热过过程程中中与与氧氧化化性性气气氛氛(氧氧、二二氧氧化化碳碳、水水蒸蒸气气等等)发发生生作作用用，形成金属氧化物层（氧化皮）的一种现象。形成金属氧化物层（氧化皮）的一种现象。所谓所谓脱碳脱碳是钢铁材料在加热过程中表层的碳与是钢铁材料在加热过程中表层的碳与加热介质中的脱碳气体（氧、氢、二氧化、水蒸汽加热介质中的脱碳气体（氧、氢、二氧化、水蒸汽等）相互作用而烧损的一种现象。脱碳也是材料的等）相互作用而烧损的一种现象。脱碳也是材料的氧化过程。根据

50、脱碳程度可分为全脱碳层和半脱碳氧化过程。根据脱碳程度可分为全脱碳层和半脱碳层两类，全脱碳层的显微组织为全部铁素体。层两类，全脱碳层的显微组织为全部铁素体。512 2 2 2、内氧化、内氧化 内内氧氧化化是是合合金金内内部部沿沿晶晶界界形形成成氧氧化化物物相相或或脱脱碳碳区区的的现现象象。其其深深度度可可达达十十几几个个 m m。金金属属材材料料形形成成内内氧氧化化的的倾倾向向与与合合金金中中的的组组元元和和氧氧的的亲亲合合力力的的大大小小有有关关，如如在在铜铜合合金金中中含含有有比比铜铜更更活活泼泼易易氧氧化化的的元元素素ZnZn、SiSi、MnMn、TiTi等等，在在钢钢中中含含有有比比铁铁