铸件缺陷分析与失效分析

热处理缺陷
⒊表面裂纹 淬火裂纹沿表面分布，呈网 状趋势。一些工具钢象9CrSi,Cr12轧丝模曾 发生过这类裂纹。 ⒋ 剥离裂纹 表面淬火件表面淬硬层剥落 或渗碳淬火件沿共析层过渡区剥落、化学热 处理件沿扩散层剥落。 ⒌淬火裂纹的宏观特征：裂纹曲折刚直两 侧无脱碳，断面观察裂纹无氧化色。
热处理缺陷
锻造缺陷
当碳化物级别较高时，降低锻造变形性能， 容易引起淬火裂纹，降低刀具使用寿命。 ⒊缩管残余 由于钢锭冒口部分切除不干 净，在开坯和轧制时将冒口部分存在的夹杂 物缩松缩孔偏析残留在钢材内部，锻造时或 锻后热处理时，从这种心部缺陷向外发展成 Fra Baidu bibliotek纹。
W系高速钢共晶碳化物不均匀度级别，按GB/T149791994第一级别图。3级
热处理缺陷
⒉引起形状变化的原因 内应力与外应力的作用 内应力:相变的组织应力和加热冷却的热 应力和零件内部的残余应力(前期铸、锻、机 加工工序产生的应力) 外应力:工件自重、工件夹持、工件装夹 等受力
热处理缺陷
⑴加热的影响 温度分布不均匀，零件有效厚度越大、冷 却越快，变形越大。 ⑵冷却的影响 冷却不均匀，冷却太快造成热应力引起变 形。 ⑶残余应力的影响 残余应力在加热时会释放引起变形。
热处理缺陷
⒊磨削烧伤 ⒋磨削裂纹 磨削表面出现网状龟裂或与 磨削方向垂直的线段状裂纹。常把磨削裂纹 分成两种，一种为龟裂状，称为第一种磨削裂 纹 ；另一种磨削裂纹与磨削方向成直角的若 干平行线，称为第二种磨削裂纹。 ⒌淬火软点 局部区域未淬硬 软点软块 ⒍未淬硬 硬度低。原因
第 四 节 机械产品失效分析的目的意义
铸造缺陷
非金属夹杂物显微评定方法》在纵截面上评 定。在宏观断口上也能观察到亮带亮块亮线 ㈡异金属夹杂 异金属夹杂（包括‘冷豆’）是由于冶 炼操 作不当，合金料未熔化或浇铸系统中掉入异 金属所致。异金属夹杂是不允许存在的缺 陷。
铸造缺陷
五.偏析 钢中存在的化学成分的不均匀现象。 六.铸造裂纹 ⒈热裂纹 合金在凝固过程中结晶收缩过 程产生应力形成的裂纹。特征是沿晶界或枝 晶扩展；呈连续或断续延伸；裂纹末端无尖 尾；裂纹内有氧化皮；裂纹周围有共晶体。
铸造缺陷
是遗留在钢液中的熔炼渣或耐火材料与脏物 聚集在铸件的上表面或型腔内角.如出现在 内部,破坏了金属的连续性,是不允许存在的 缺陷. ⒉夹杂:钢在冶炼过程中参与物化反应 (如脱氧脱硫脱磷等)的金属元素和非金属元 素相互作用的产物,由于溶解度的变化而析 出的夹杂.夹杂物按GB/T 10561-2005《钢中
铸造缺陷
⒉内部气泡 特征:位于铸件内部的气泡.内壁光滑呈圆 形或椭圆形,宏观横断面低倍组织可观察到内 壁发亮的气泡. ㈡ 气泡的形成机理 ⒈析出气泡:钢液内气体随着温度降低溶解 度而析出,来不及逸出. ⒉侵入气泡:模壁泥芯壁的水分有机物挥发 分解碳酸盐分解的气体,来不及逸出.
铸造缺陷
⒊反应气泡:液态金属中的金属氧化物和液 态金属中的其它元素反应,液态金属与型腔壁 芯壁中的物质反应产生的气体.来不及逸出. ⒋卷入气泡:浇铸过程中,由于先注入的金 属液体表面已凝固,浇铸时带入的气体来不及 逸出.
热处理缺陷
四.其他缺陷 ⒈冷处理裂纹 A→M转变,同淬火裂纹 ⒉自生裂纹 淬火后在室温下放置,残A会 继续转变成M,产生组织应力 淬火后的零件，其组织是马氏体和残余奥氏体， 常温下残余奥氏体不断转变成马氏体，发生体积膨 胀，因此淬火零件不加处理放在常温下，往往会发 生自生裂纹 。因此防止自生裂纹的方法是淬过火的 零件应及时回火，最好在3小时内进行回火。
回火后快冷可防止，合金中加钨、钼可防止 这类回火脆。 ⒊回火裂纹 钢淬火后回火时快速加热 或快速冷却产生的裂纹。 回火时快速加热
回火时快速冷却
热处理缺陷
三.淬火变形 淬火时引起尺寸和形状的变化。 ⒈引起尺寸变化的原因 淬火时（包括冷处理）奥氏体→马氏体转 变；残余奥氏体→马氏体转变，体积长大； 回火时马氏体→索氏体、托氏体转变体积要 缩小，组织变化引起尺寸变化。零件淬火时 尺寸变化是由于淬火时相变引起膨胀或收缩 使零件尺寸发生变化。
铸造缺陷
⒋石墨漂浮 壁厚超过25mm的球铁铸件 断口上，常可见表面有一层深黑色区，金相 观察为开花状石墨聚集，以及较多镁的氧化 物夹杂和硫化物夹杂。原因：壁厚过厚，冷 却太慢，碳当量过高，加镁处理和孕育处理 温度太低
第二节 锻造缺陷
一.原材料缺陷造成的锻件缺陷 ⒈层状断口 在纵向断口上，沿热加工方 向呈现出无金属光泽的凹凸不平的层状伏的 条带，条带中伴有白色或灰色线条。 ⒉碳化物偏析 原材料存在较严重的碳化 物偏析，锻造时的锻压比又不够，碳化物偏 析程度没有多大改善，级别仍超差。反复锻 压可以打碎、打细粗大的带状的碳化物 。
机械构件常见的失效形式通常有四种类型: 变形失效、断裂失效、腐蚀失效、磨损失效。
机械构件失效的主要形式及其特征
一.变形失效 金属构件在外力作用下产生形状和尺寸的 变化称为变形，当变形达到一定程度后，构 件完全丧失或部分丧失其规定的功能称为变 形失效。变形失效都是逐渐发生的，一般都 属于非灾难性。但是忽视变形失效的监督和 预防，也会导致很大的损失。 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。
锻造缺陷
⒋材质缺陷开裂 锻造时在缩孔、夹渣、 碳化物偏析等材料缺陷处形成锻造裂纹。 ⒌带状组织 原材料存在的带状组织，在 锻造加热时会因扩散而改善。锻造时要有一 定的变形量，尽可能将带状碳化物带状碳化 物等打碎。 二.落料不当造成的缺陷 ⒈锻件端面与轴线倾斜 ⒉撕裂
锻造缺陷
⒊ 毛刺 ⒋端部裂纹 ⒌凸芯开裂 三.锻造工艺不当造成的缺陷 ⒈过热 ⒉过烧
热处理缺陷
过程中的缺陷（过热、折叠等）都可以成为 淬火裂纹的诱发源。 ⒊形状结构对淬火裂纹的影响 形状结构设计不合理 截面尺寸不均匀 带有应力集中部位 ⒋原始组织对淬火裂纹的影响 均匀的球化P淬火后转变成M其比容变化 较小，故得到的M内应力较小不易开裂
热处理缺陷
⒌淬火加热温度对淬火裂纹的影响 淬火加热温度高，奥氏体晶粒较大，淬 透性增大，容易产生淬火裂纹。 ⒍冷却速度对淬火裂纹的影响 冷却速度愈快， 马氏体相变发生时应力 愈大，愈易发生开裂
料（45钢、40Cr钢等）抗拉试棒拉断后的 样子。塑性断口的微观形态主要为韧窝。 ②引起塑性断裂的原因 通常情况下塑性 断裂是由于外应力超过材料的屈服强度所致。 超过屈服强度产生变形然后断裂
机械构件失效的主要形式及其特征
㈡脆性断裂失效 脆性断裂是指断裂前几乎不产生显著的塑 性变形。脆性断裂是一种危险的突发事故， 危害性很大，脆性断裂按裂纹扩展的路径可 分为穿晶脆性断裂和沿晶脆性断裂。 ⒈穿晶脆性断裂 穿晶脆性断裂的断裂主要有解理断裂和准 解理断裂。
机械产品失效分析的目的意义
二.意义 ⒈具有显著的经济意义 通过失效分析，找出造成机械装备失效的 原因，采取改进措施，可防止重大事故的发 生，减少损失。 ⒉促进科学技术的发展 一些新的学科往往在失效分析过程中发现 发展的。如
机械产品失效分析的目的意义
⒊是质量管理的重要环节 ⑴现代的机械设计和质量管理要求对产品 做‘危险度分析’，就是运用失效分析的经 验和知识去分析审查设计方案是否存在某些 会导致失效的因素及万一失效后又会产生何 种程度的危害。例如‘FEMA’ 、‘PFEMA’ （潜在的失效模式及后果分析）
热处理缺陷
二.回火脆性 ⒈第一类回火脆 (低温回火脆,不可逆回火 脆)。 淬火后在250~400℃范围内回火出现脆性, 冲击韧性降低,断裂方式以沿晶脆断为主. ⒉第二类回火脆 (高温回火脆,可逆回火脆) 在450 ℃ ~550℃或更高至650 ℃回火时 出现的脆性。合金钢尤其是镍铬钢更易发生.
热处理缺陷
铸造缺陷
⒉冷裂纹 合金在凝固时，由于收缩产生铸 造应力和组织转变的应力超过材料强度时产生 的裂纹。 七.金相组织缺陷 ⒈白口 ⒉反白口 一般的灰口铸铁断口有可能表面 几毫米区域冷却太快而出现一层白口。而反白 口是铸件断口的四周边缘是正常的灰口，中心
铸造缺陷
部位却是完全无过渡区的白口或麻口或小块 的白口区。 ⒊石墨粗大 石墨相当于钢铁基体上的孔 洞。石墨粗大，在宏观断面可观察到较大的 不规则的疏松点，特别是在厚壁的铸件上， 冷却慢容易形成粗大石墨。含碳量过高，石 墨粗大趋势
铸造缺陷
二.疏松 最后凝固的液态金属在它们凝固过程中没 有液态金属的补充，在完全凝固后产生许多 细小的孔洞形成疏松。又分一般疏松，中心 疏松。在铸件和铸锭中所出现的组织不致密 现象称为疏松。
铸造缺陷
一般疏松3级, 中心疏松3级,
铸造缺陷
三.缩孔 由于最后凝固部位得不到液态金属的补充 而形成的空洞.缩孔的特征是宏观酸蚀试样的 中心区域呈不规则的折皱裂纹或孔洞,经常伴 随严重疏松夹渣和成分偏析. 四.夹杂 分非金属夹杂和异金属夹杂 ㈠非金属夹杂物 ⒈夹渣:形状不规则的非金属夹杂物,通常
机械构件失效的主要形式及其特征
二.断裂失效 ㈠塑性断裂失效 当构件所承受的实际应力大于材料的屈服 强度时，将产生塑性变形，应力进一步增大 时，就会产生断裂。称为塑性断裂失效。通 常是指室温下的塑性断裂。 ①塑性断裂的特征 在裂纹或断口附近有 宏观塑性变形，或者在塑性变形处有裂纹出 现。塑性断裂的一个典型断口如同韧性材
㈡淬火裂纹形成机理 淬火裂纹的形成机理：钢中奥氏体向马氏 体转变时体积增大所产生的表面涨开的内应 力大于零件外层淬火状态的马氏体的强度时， 便出现淬火裂纹。
热处理缺陷
㈢影响淬火裂纹的因素 ⒈钢的化学成分对淬火裂纹的影响 磷的影响最大，最易引起淬火裂纹；含碳 量增加开裂倾向大；含Cr含Mo量增加，开裂 倾向大。 ⒉原材料缺陷对淬火裂纹的影响 冶金过程的缺陷（夹杂偏析等）、热加工
㈠弹性变形失效: 弹性变形过量造成弹性 丧失。 ㈡塑性变形失效: 塑性变形过量造成变形 量超过一定极限，形状或尺寸变化造成失效不 能使用。
㈢蠕变变形失效: 零件长时期在一定温度 和压力作用下工作，即使小于屈服点也会缓 慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变。当 蠕变变形量超过规定数值后就会发生失效， 甚至产生蠕变断裂。 ㈣高温松弛失效: 零件在高温下失去弹性 功能，产生塑性变形而失效。
锻造缺陷
⒊锻造裂纹 ⒋脱碳增碳 ⒌锻造折叠 ⒍组织缺陷
第三节 热处理缺陷
热处理缺陷类型较多，常见的有淬火裂 纹、变形、软点、回火脆性等 一.淬火裂纹 是指淬火过程中或淬火后室 温放置过程中产生的裂纹。淬火后室温放置 过程中产生的裂纹又叫时效裂纹（自生裂 纹）。冷处理是淬火的继续
热处理缺陷
㈠淬火裂纹的类型和特征 ⒈纵向裂纹 裂纹沿工件轴向分布一条或 几条，裂纹较深而长，有的会贯穿整个零件 长度方向。 ⒉横向裂纹 垂直于轴向的裂纹
失效分析是一门新兴发展中的学科。它具 有两个特点： 第一.综合性 即涉及广泛的学科领域和技 术门类，如金属物理、材料力学、金相学、 断裂力学、无损检测、机械设计、工艺学等 等。 第二.是实用性 即具有很强的生产应用背 景，与国民经济与生产生活密切相关。
机械产品失效分析的目的意义
一.目的 ⒈为了提高产品质量 ⒉为了技术开发、技术改进、技术进步 ⒊为了劣质产品的处理 ⒋为了事故仲裁 ⒌为了进行修复而作
第十二章 缺陷分析与失效分析
机械构件或产品丧失其规定的功能的现 象称为失效。分析引起产品或构件的失效原 因，提出对策，研究采取补救措施的技术和 管理活动称为失效分析。 失效的原因 ；有的是使用不当造成的， 有的是结构不合理引起的，有的是由于各种 缺陷造成的。先讨论各种缺陷。
第一节 铸造缺陷
铸造缺陷常见的有气泡、疏松、缩孔、 偏析、裂纹、金相组织缺陷等 一.气泡 ㈠ 气泡的分类与特征 ⒈皮下气泡或表面气泡 特征:常常单个或成群分布于铸件表面或 靠近表面.横断面低倍组织的宏观酸蚀试样呈 现分散或成簇分布的细长裂纹或椭圆形气孔.
机械产品失效分析的目的意义
⑵失效分析是对质量控制网的实地检验。 可以检验现行的质量控制工作在哪些环节上 还存在问题，提出改进质量控制的方法。 ⑶失效分析的经验是评定产品缺陷安全的 最佳参考依据。可以用来判断生产中的某种 缺陷是哪一种性质的缺陷。 ⒋失效分析可预防预测重大事故的产生
第 五 节
机械构件失效的主要形式及其特征