材料成形的失效分析资料.ppt

材料成形的失效分析 钢在热加工过程中常见的显微缺陷； 焊接接头的组织和性能及焊接裂纹。 一、实验目的 1 、识别材料在加工过程常见的一些缺陷及产生原因; 2、观察与分析焊缝的结晶形态及焊接接头各区域的组织变化; 3、了解焊接接头产生裂纹的原因；裂纹暴露于焊接接头金属表面的宏观形态及裂纹在焊接接头内部的分布特征。 二、实验概述 1、钢在热加工过程中常见的显微缺陷 （1） 带状组织 带状组织的特征，是亚共析钢中先共析铁素体，分别沿着压力加工的方向呈带状交替分布，显微镜下形成黑白交替的带状组织，白亮组织为铁素体，暗黑组织为珠光体。 以亚共析钢为例产生带状组织的原因可能是： 1) 钢内有较大的成分偏析或含有较高的磷，热加工时，偏析、杂质部位沿压力加工方向伸长，当钢冷却至Ar，以下时，这些偏析或杂质可能成为铁素体的核心，使铁素体呈带状析出，随后珠光体则也呈带状分布，这种组织很难用热处理方法消除。 2) 热加工停锻温度于二相区(Ar1与Ar3之间)时，铁素体沿着金属流动的方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体也被分割成带状。当达到Ar1点时，带状的奥氏体转为带状珠光体。这种组织可以用退火或正火消除。 带状组织使钢的力学性能具有明显的方向性，钢材横向(垂直于轧制方向)的塑性及韧性降低，但在某些零件中，带状组织不仅不是缺陷，而且成为某些专门用途的材料 （2） 魏氏组织 魏氏组织的特征，是先共折铁素体或渗碳体，冷却时不仅沿奥氏体晶界析出，同时在奥氏体晶粒内部以一定的位向关系呈片状(在显微镜下呈针状形貌)析出，片状铁素体与母相奥氏体的位向关系为[110)a／／(111)r (111)a//(110)r 片状铁素体(或渗碳体)之间互相平行，或互相垂直，或成一定交角。 在铸钢件、停轧温度过高的轧制件、热处理的过热件、以及焊接件中往往由于奥氏体晶粒粗大和冷却速度过快常出现魏氏组织。具有这种组织的钢，其冲击韧性值 (ak)很低。这主要是由于粗大的晶粒及魏氏组织本身的方向性针状组织所致。它可用正火或退火方法消除。 （3）过热、过烧 钢在加热时形成粗大的奥氏体晶粒现象称为过热。过热的钢性能变坏，特别是冲击韧性，将明显下降，过热的钢淬火得到粗大的马氏体组织，不仅冲击韧性低，淬火时也容易造成工件的变形甚至开裂。 过热的钢一般可以用重新加热的方法来补救。 过烧是指加热温度过高，不仅形成粗大的奥氏体晶粒，并且在奥氏休晶界处产生氧化甚至局部熔化的现象，导致钢件报废。过烧的显微组织特征是晶界宽而呈暗黑色(晶界烧毁形成裂纹)或呈“鱼骨状”或块粒状碳化物(晶界熔化形成共晶碳化物)组织。 照片所示，为Crl2钢淬火过烧组织。这是由于加热炉仪表失灵，致使模具的加热温度超过规定(1050℃)很多，淬火冷却时，致使开裂报废。基体为粗大回火马氏体及残余奥氏体，晶界处有块粒状碳化物，晶界开裂。 （4） 脱碳 钢件在氧化介质(如O：、CO。、H。O等)中进行长时间加热，保温，使其表面层中碳含量全部或部分损失的现象叫脱碳。如照片所示，脱碳层的组织，表面几乎由单一的铁素体组成。脱碳是工具，弹簧，轴承等重要锕件的主要缺陷之一。它使其表面 硬度、耐磨性、强度、疲劳强度显著降低。一般脱碳层在技术条件许可的情况下可以从 工件上将其去掉，如果不能去掉，就只得报废。 一般情况下，如焊缝金属中的杂质较多，则脆性温度区间较狭小，焊接时焊缝在此区承受拉伸力作用的时间较短，故产生热裂纹的可能性也较小。但如果杂质较多，特别是易于形成低熔共晶的杂质较多时，就会增大结晶间隔，从而增大脆性温度区，使热裂纹的倾向显著增加。（硫、磷、碳均是易于偏析的元素） 总起来说，影响热裂纹的因素包括两方面： （一）冶金因素 这就使合金的类型、杂质的数量、偏析程度、分布状态以及一次结晶的形态等。 （二）力学因素 这就是在脆性温度区内金属所受到得拉伸应力，它取决于材料的热物理性能和结构的拘束条件。 （2）冷裂纹 冷裂纹与热裂纹不同，它是在焊接后较低的温度下产生的。主要发生在高碳钢、中碳钢、低合金钢或中合金高强钢的焊接热影响区。冷裂纹的断裂有时沿晶界扩展，有时穿晶前进。 冷裂纹有时又叫延迟裂纹，常见有三种形态：焊趾裂纹、焊道下裂纹、根部裂纹。 产生冷裂纹的主要原因是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布；焊接接头的拘束应力 （3 ）焊接接头中气孔、夹渣、未焊透、化学不均匀性：