2失效分析基础知识解析

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10/10/2018
偏析
• ③ 比重偏析 • 在金属冷凝过程中,如果析出的晶体与余下的溶液两者密度不同 时,这些晶体便倾向于在溶液中下沉或上浮。由此所形成的化学 成分的不均匀现象,称为比重偏析。 • 晶体与余下的溶液之间的密度差越大,比重偏析越大。这种密度 差取决于金属组元的密度差,以及晶体与溶液之间的成分差。如 果冷却越缓慢,随着温度降低初生晶体数量的增加越缓慢,则晶 体在溶液中能自由浮沉的温度范围越大,因而比重偏析也越强烈。 由于各种组织组成物的空间上的分离,不可能通过热处理来消除 或减弱比重偏析,只能采取特殊的熔化或浇注等措施(例如快速 浇注)予以防止。
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气泡与白点
• 金属在熔融状态时能溶解大 量的气体,在冷凝过程中由 于溶解度随温度的降低而急 剧地减小,致使气体从液态 金属中释放出来。若此时金 属已完全凝固,则剩下的气 体不易逸出,有一部分就包 容在还处于塑性状态的金属 中,于是形成了气孔。这种 气孔称为气泡。
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气泡与白点
• 气泡的有害影响 ① 气泡减少金属铸件的有效截面,由于其缺口效应,大大 降低了材料的强度。 ② 当铸锭表面存在着气泡时,在热锻加热时它们可能被氧 化,以致在随后的锻压过程中不能焊合而形成细纹或裂缝。 ③ 在沸腾钢及某些合金中,由于气泡的存在还可能产生偏 析,导致裂缝。
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2 失效分析基础知识
2.1 金属构件中可能引起的冶金缺陷 2.2 力学计算 宏观裂纹缺陷 2.3 环境作用机理
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失效分析基础知识
• 2.1、金属构件中可能引起失效的冶金缺陷 • 2.1.1 铸态金属组织缺陷 • 铸态金属常见的组织缺陷有缩孔、疏松、偏析、内裂 纹、气泡和白点等。 • 缩孔与疏松 • 金属在冷凝过程中由于体积的收缩而在铸锭或铸件心 部形成管状(或喇叭状)或分散的孔洞,称为缩孔。 缩孔的相对体积,与液态金属的温度、冷却条件以及 铸锭的大小等有关。
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缩孔与疏松
液态金属的温度越 高,则液体与固体 之间的体积差越大, 而缩孔的体积也越 大
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缩孔与疏松
• 如在急剧冷却的条件下浇注 金属,可以避免在铸锭上部 形成集中缩孔。但在此情况 下,液态金属与固态金属之 间的体积差仍保持一定的数 值,虽然在表面上似乎已经 “消除”了大的缩孔,可是 有许多细小缩孔即疏松,分 布在金属的整个体积中
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偏析
• • • 金属在冷凝过程中,由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象称为偏析。 ① 晶内偏析与晶间偏析 晶体范围内的成分不均匀现象,即晶内偏析。这种偏析往往导致金属中树枝状组 织的形成,故亦称枝晶偏析。
• •
晶体间的成分不均匀现象,即晶间偏析。 碳化物偏析是一种晶间偏析,常常出现于铸造状态的合金工具钢和高速钢中。当 锻造或热轧时,这种粗大的碳化物被击碎,并循加工方向变形而成为不连续的带 状碳化物分布于钢的基体中,致使钢的纵横向力学性能发生差异,特别是横向的 塑性强烈地下降。在钢的加工和使用过程中,由于这种偏析的存在,可能导致其 他缺陷的形成。因Fra Baidu bibliotek在合金工具钢和高速钢中,应力求避免或减弱这种偏析。
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缩孔与疏松
• 钢材在锻造和轧制过程中,疏松情 况可得到很大程度的改善,但如由 于原钢锭的疏松较为严重、压缩比 不足等原因,则在热加工后较严重 的疏松仍会存在。右图所示为ZCrl3 钢热轧后退火仍有黑色小点显示的 中心疏松。此外,如原钢锭中存在 着较多的气泡,而在热轧过程中焊 合不良,或沸腾钢中的气泡分布不 良,以致影响焊合,亦可能形成疏 松。
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气泡与白点
• 白点最容易产生在以镍、铬、锰作为合金元素的合金结构钢及低 合金工具钢中。奥氏体钢及莱氏体钢中,从未发现过白点;铸钢 中也有可能发现白点,但极为罕见;焊接工件的熔焊金属中偶尔 也会产生白点。此外.白点的产生与钢材的尺寸也有一定的关系, 横截面的直径或厚度小于30 mm 的钢材不易产生白点。 • 通常,具有白点的钢材纵向抗拉强度与弹性极限降低得并不多, 但伸长率则显著降低,尤其是断面收缩率与冲击韧性降低得更多, 有时可能接近于零。且这种钢材的横向力学性能又比纵向的降低 得更多。因此,具有白点的钢材一般是不能使用的
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缩孔与疏松
• 疏松的危害性,主要有以下几种。 ① 在铸件中,由于疏松的存在,显著降低其力学性能,可能使 其在使用过程中成为疲劳源发生断裂。此外,在用作液体容器 或管道的铸件中,有时会存在基本上相互连接的疏松,以致不 能通过水压试验,或在使用过程中发生渗漏现象。 ② 钢材中如存在疏松,亦会降低其力学性能,但因在热加工过 程中一般能减少或消除疏松,故疏松对钢材性能的影响比铸件 的小。 ③ 金属中存在较严重的疏松,对机械加工后的表而粗糙度有一 定的影响。
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偏析
• ② 区域偏析 • 外层区域富集高溶点组元,而心部则富集低熔点组元,同时也富 集着凝固时析出的非金属杂质和气体等。这种偏析称为区域偏析。 • 钢锭中存在区域偏析,特别是硫偏析和磷偏析,强烈地降低钢的 质量,并为以后的加工造成种种困难,甚至导致材料的严重损害 和所制机件在使用中的破坏。 • 硫偏析能破坏金属的连续性,在钢锻造时引起热脆,在轧制钢板 时产生夹层,严重地影响钢板的冷弯性能。承受交变载荷的零件, 在使用中硫偏析往往为引起疲劳断裂的主要原因之一。 • 磷偏析则使钢具有冷脆性,并促进钢的回火脆性。
气泡与白点
• • 白点 氢是以原子状态溶解在钢中的,它在钢中 的溶解度随温度的降低而显著减小,如果 钢液中氢含量较高,在冷却时氢以原子态 析出,聚集在钢中空隙处,结合成分子态 的氢。因氢分子很难在钢中进行扩散,在 空隙处便形成巨大的局部压力(可达数百 个大气压),远远超过了钢的强度,因而 产生裂缝。当出现这种缺陷以后,在经侵 蚀后的横向截面上,呈现较多短小的不连 续的发丝状裂缝;而在纵向断口上会发现 表面光滑的、银白色的圆形或椭圆形的斑 点,这种缺陷称为白点。
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