金属材料常见缺陷
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铸造制品主要缺陷有偏析、气孔、缩孔与缩松、央杂、裂纹、冷隔及其他缺略。
1偏析偏析——在铸件中出现化学成分不均匀的现象。
偏析使铸件的性能不均匀,严重时会造成废品。
偏析可分为两大类:微观偏析和宏观偏析。
晶内偏析(又称枝晶偏析)——是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象,是微观偏析的一种。
凡形成固溶体的合金在结晶过程中,只有在非常缓慢的冷却条件下,使原子充分扩散,才能获得化学成分均匀的晶粒。
在实际铸造条件下,合金的凝固速度较快,原子来不及充分扩散,这样按树枝状方式长大的晶粒内部,其化学成分必然不均匀。
为消除晶内偏析,可把铸件重新加热到高温,并经长时间保温,使原子充分扩散。
这种热处理方法称为扩散退火。
密度偏析(旧称比重偏析)——是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象,是宏观偏析的一种。
当组成合金元素的密度相差悬殊时,待铸件完全凝固后,密度小的元素大都集中在上部,密度大的元素则较多地集中在下部。
为防止密度偏析,在浇注吋应充分搅拌或加速金属液冷却,使不同密度的元素来不及分离。
宏观偏析有很多种,除密度偏析之外,还有正偏析、逆偏析、V形偏析和带状偏析等。
偏析金相组织见图Z:图1边部灰色处为反偏析区2气孔金属在凝固过程中,气体的溶解度急剧降低,在戮.度很大的固态金属中难以逸出而滞留于熔体内形成气孔。
与缩孔缩松的形态不同,气孔一般呈圆形、椭圆形或长条形,单个或成串状分布,内壁光滑。
孔内常见气体有缶、CO、H2O、等。
按气孔在铸锭中出现的位置分为内部气孔、皮下气孔和表面气孔。
气孔的存在减少了铸锭的有效体积和密度,经加工后虽可被压缩变形,但难以焊合,结果造成产品的起皮、起泡、针眼、裂纹等缺陷。
气孔形态金相组织见图2:3缩孔与缩松金属在凝固过程中,发生体积收缩,熔体不能及时补充,而在最后凝固的地方出现收缩孔洞,称为缩孔或缩松。
容积大而集中的缩孔称为集中缩孔,细小而分散的缩孔称为缩松,其中出现在晶界和枝晶间借助于显微镜观察的缩松称为显微缩松。
线缺陷和面缺陷在材料科学和工程中,缺陷是指材料在制造、加工或使用过程中出现的各种不规则形态。
这些缺陷可能影响材料的性能,如强度、电导率、热导率等。
根据存在的范围,缺陷可以分为线缺陷、面缺陷和体缺陷。
以下是关于线缺陷和面缺陷的详细解释。
一、线缺陷线缺陷是指沿着材料某一特定方向(通常是晶体结构中的某一方向)分布的缺陷。
这种缺陷可以在晶体内任何位置出现,影响材料的力学、电学和热学性能。
常见的线缺陷包括位错和层错。
1.位错位错是指晶体中某处的原子或离子偏离了正常的晶格位置,形成了一个“线状”的缺陷。
位错是金属材料中最常见的一种缺陷,它对材料的强度、硬度、塑性和韧性等力学性能都有重要影响。
根据形成机制,位错可以分为刃型位错、螺型位错和混合位错等。
2.层错层错是指晶体中相邻的两个原子平面之间出现的错位。
它通常发生在两个不同原子面的交界处,对材料的力学和电学性能有很大影响。
层错的形成与材料中的温度、压力和杂质等因素有关。
二、面缺陷面缺陷是指分布在材料表面或近表面的缺陷。
这类缺陷对材料性能的影响主要表现在表面效应和界面效应上。
常见的面缺陷包括晶界、相界和表面粗糙等。
1.晶界晶界是指多晶体材料中相邻晶粒之间的界面。
由于不同晶粒的晶体取向不同,晶界处会产生一定的应力集中。
晶界对材料的力学性能、电学性能和热学性能都有一定影响。
为了提高材料性能,可以通过优化晶粒尺寸和分布来减少晶界数量。
2.相界相界是指多相材料中不同相之间的界面。
相界处的原子结构和化学成分往往与主体材料不同,导致其性能具有各向异性。
相界对材料的力学性能、电学性能和热学性能都有重要影响。
优化相界结构可以提高材料的综合性能。
3.表面粗糙表面粗糙是指材料表面或近表面的微观不平整性。
它可能是由于加工过程中冷却速度不均匀、材料氧化等原因导致的。
表面粗糙会影响材料的表面能、润湿性、涂层附着力和摩擦学性能等。
通过表面处理技术(如抛光、喷砂等)可以改善表面粗糙度,提高材料的性能。
金属材料中的晶格缺陷金属材料是人类社会中不可或缺的一部分,广泛应用于工业生产、机械制造、建筑和装饰等方面。
而与金属材料相关的一个重要的概念便是晶格缺陷。
晶格缺陷指的是晶体结构中的原子或离子位置出现偏差或缺陷,这些缺陷会对材料的物理特性、力学性能、耐久性等造成不同程度的影响。
晶格缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
1. 点缺陷点缺陷是指晶体结构中某一点处原子或离子数目或种类与理想晶体结构出现偏差的缺陷。
其中最常见的点缺陷包括空位缺陷、插入缺陷和替代缺陷。
(1)空位缺陷空位缺陷是指晶体结构中某一点处由于原子或离子缺失而产生的缺陷。
空位缺陷对金属材料的物理特性和力学性能等影响较小,但是会影响金属材料的机械强度和耐久性。
例如,在均匀延展过程中,空位缺陷是一种激活位点,可以促进原子扩散,从而使金属材料失去稳定性。
(2)插入缺陷插入缺陷是指晶格结构中外来原子或离子插入到晶格中,从而打破原有的晶格结构,产生的缺陷。
插入缺陷会对金属材料的物理特性、力学性能等产生影响。
(3)替代缺陷替代缺陷是指在晶格结构中,某些原子或离子被其他原子或离子所替代所引起缺陷。
替代缺陷会对金属材料的物理特性、力学性能等产生影响。
2. 线缺陷线缺陷是指晶体结构中某一条直线或曲线处原子或离子数目或种类出现偏差的缺陷,包括位错、螺旋位错和混合位错等。
(1)位错位错是指在晶体结构中,处于某一平面上方和下方原子排列有偏差,从而形成的一个线状缺陷。
位错在金属材料中广泛存在,其对金属材料的力学性能、塑性变形和强度影响较大。
(2)螺旋位错螺旋位错是指位错沿晶体中某一个平面上旋转而形成的一种位错。
螺旋位错会对晶体的物理特性、力学性能等产生重要影响。
(3)混合位错混合位错是指通过位错的组合形成新位错的缺陷,混合位错是位错的一种重要类型。
3. 面缺陷面缺陷是指晶体结构中某一平面内的原子或离子数目或种类与理想晶体结构出现偏差的缺陷,面缺陷的种类较多。
金属材料中的晶格缺陷是一种普遍存在的现象,晶格缺陷的产生会影响到金属材料的物理特性、力学性能、耐久性等方面。
金属材料的常见缺陷
金属材料的常见缺陷包括以下几种:
1. 晶界缺陷:金属材料由多个晶粒组成,在晶界处形成缺陷,如晶界间隙、晶界滑移带等。
2. 沿晶裂纹:沿着晶粒的晶体方向产生的裂纹,通常是由于应力集中引起的。
3. 孔隙:在金属材料中存在的空洞或气体缺陷,通常由于固化过程中的气体冷凝或挥发物的损失引起。
4. 气孔:类似于孔隙,但气孔是由于金属凝固过程中的气体冷凝导致的。
5. 夹杂物:金属材料中的不纯物质或其他元素,如氧化物、硫化物、氮化物等,它们会削弱金属的力学性能。
6. 位错:金属晶体内的原子错位导致的缺陷。
7. 晶粒尺寸:晶粒尺寸不均匀可能会导致材料的机械性能差异。
8. 冷焊接:金属材料接触表面在冷态下加热,形成的焊接疵点。
这些缺陷可能会导致金属材料的性能下降或失效,因此在金属加工和制造过程中需要采取相应的措施来减少缺陷的产生。
纯金属中的点缺陷类型
纯金属中的点缺陷是指金属晶体中存在的微小缺陷点,以下是几种常见的点缺陷类
型:
1. 点缺陷:金属晶格中原子位置发生偏移或原子缺失,形成点状缺陷,如空位缺陷
和插入原子缺陷。
2. 金属晶粒边界:金属中晶体生长过程中,相邻晶粒的接触面称为晶粒边界。
晶粒
边界是一种点缺陷,常常会导致材料的力学性能下降。
3. 氧化物夹杂物:在金属晶格中存在的氧化物微粒被称为氧化物夹杂物,它们是金
属中的一种点缺陷。
氧化物夹杂物对金属的机械性能和腐蚀性能有较大影响。
4. 可溶性杂质:金属中的微量杂质元素以原子形式溶解在金属晶格中,形成点缺陷。
这些杂质元素可以改变金属的晶格结构、力学性能和化学性质。
5. 偏聚集缺陷:金属晶体中存在的高浓度缺陷点,如位错、孪晶、蝇落粒等,都属
于偏聚集缺陷。
这些缺陷在材料加工和应力加载过程中容易形成断裂。
虽然这里提到的缺陷类型不能出现真实名字和引用,但这些点缺陷在纯金属中普遍存在,对材料的性能产生重要影响。
科学家和工程师们在研究金属材料时通常需要了解和控
制这些缺陷,以提高金属的性能和可靠性。
金属材料缺陷的特点金属材料是一类重要的工程材料,广泛应用于制造业和建筑业中。
然而,金属材料在制造过程中往往会出现一些缺陷,这些缺陷会对材料的性能和使用寿命产生不利影响。
本文将从金属材料缺陷的特点出发,对其进行详细解释,并探讨其对金属材料的影响以及相应的改善措施。
金属材料缺陷的特点之一是多样性。
金属材料的缺陷形式多种多样,包括晶体缺陷、结构缺陷和成分缺陷等。
晶体缺陷是指晶体中存在的原子位移、扭曲或缺失等现象,如晶界、位错和孪晶等。
结构缺陷主要指金属材料的内部结构存在的缺陷,如夹杂物、气孔和裂纹等。
成分缺陷是指金属材料中组分存在的异常或不均匀现象,如偏析和杂质等。
这些不同类型的缺陷对金属材料的性能和使用寿命产生不同程度的影响。
金属材料缺陷的特点之二是分布广泛。
金属材料的缺陷往往分布于整个材料的体积中,而不是局限于某个特定位置。
这是因为金属材料在制备和加工过程中,很难完全避免缺陷的产生。
缺陷的广泛分布会导致金属材料的强度和韧性下降,从而影响其承载能力和使用寿命。
因此,在金属材料的设计和制造过程中,需要采取相应的措施来减少和控制缺陷的产生。
金属材料缺陷的特点之三是难以检测。
由于金属材料缺陷的分布广泛、形式多样,以及一些缺陷的微小尺寸和隐蔽性,使得缺陷很难通过肉眼观察或常规的无损检测方法进行有效的检测。
这就给金属材料的质量控制和检验带来了一定的困难。
因此,需要使用一些先进的无损检测技术,如超声波检测、射线检测和磁粉检测等,来对金属材料中的缺陷进行精确的检测和评估。
金属材料缺陷的特点之四是可通过改善措施进行修复或修复。
与其他材料相比,金属材料具有较好的可加工性和可修复性。
一些金属材料的缺陷可以通过热处理、焊接、热压和热喷涂等工艺进行修复或修复。
此外,通过改变金属材料的配方和制备工艺等,也可以有效地减少和控制缺陷的产生。
因此,在金属材料的设计和制造过程中,需要充分考虑缺陷的形成机制和改善措施,以提高金属材料的质量和性能。
钢铁材料常见缺陷及其产生原因引言钢铁材料是工业生产中常用的材料之一,具有良好的力学性能和耐久性。
然而,由于制造过程中的各种因素,钢铁材料往往会出现一些缺陷。
本文将介绍钢铁材料常见的缺陷,探讨其产生的原因,并提出相应的解决方案。
一、气孔气孔是钢铁材料中常见的缺陷之一。
它们是由于熔体中的气体无法完全排除而形成的孔洞。
气孔的出现会降低钢铁材料的强度和韧性,导致材料易于断裂。
产生原因气孔的产生主要与以下几个因素有关:1.气体残留:在钢铁制造过程中,熔体中的气体不能完全排除,导致气孔的形成。
2.不良包壳材料:在铸造过程中使用的包壳材料可能含有化学成分,当熔体进入包壳时,会释放出气体并形成气孔。
3.渣浆不均匀:如果熔体中的渣浆没有均匀分布,会导致气孔的形成。
解决方案为了减少气孔的产生,可以采取以下措施:1.加强熔体的搅拌:通过加大搅拌力度,可以促使气体顺利排除。
2.选择合适的包壳材料:使用不含有气体产生物质的包壳材料,可以减少气孔的形成。
3.控制渣浆成分:保证渣浆成分的均匀分布,可以防止气孔的出现。
二、夹杂物夹杂物是钢铁材料中常见的缺陷之一。
它们是由于在钢铁制造过程中,杂质无法被完全排除而形成的。
夹杂物会降低钢铁材料的力学性能和耐蚀性,影响其使用寿命。
产生原因夹杂物的产生主要与以下几个因素有关:1.不纯净原材料:如果原材料中存在杂质,这些杂质可能无法被完全去除,从而形成夹杂物。
2.冶炼过程不当:在冶炼过程中,温度、压力等因素的控制不当会导致夹杂物的形成。
3.金属液流动不畅:如果金属液的流动不畅,如存在死角、漩涡等情况,会导致夹杂物的形成。
解决方案为了减少夹杂物的产生,可以采取以下措施:1.选择优质原材料:使用净化程度高的原材料,能够有效降低夹杂物的含量。
2.控制冶炼参数:严格控制冶炼过程中的温度、压力等参数,确保金属的纯净度。
3.优化液流动态:通过改善冶炼设备的结构和增加搅拌力度,可以改善金属液的流动状态,减少夹杂物的形成。
科普知识钢铁材料常见缺陷(图谱)及产生原因我们在材料采购、生产加工以及试验检测过程中,经常发现材料中存在这样那样不同程度的缺陷,有的缺陷可能直接影响到使用。
为了进一步了解和识别缺陷成因及其对构件的影响,与大家共同学习,共同提高,第一部分为“钢铁材料常见缺陷及产生原因”; 第二部分为“缺陷图谱”;“图谱”部分是笔者多年收集、整理、编写而成,供大家参考。
(一)钢铁材料常见缺陷及产生原因型钢常见缺陷重轨常见缺陷线材常见缺陷中厚板常见缺陷热轧板(卷)常见缺陷冷轧板(卷)常见缺陷镀锌板(卷)常见缺陷镀锡板(卷)常见缺陷彩涂板(卷)常见缺陷硅钢产品常见缺陷露晶带钢表面上可看到隐约可见的晶粒。
(1)CA3线MgO底层含水率较高。
(2)带钢在CA3线过氢化或油污清洗不净。
(3)CB炉露点高。
保护气体中的含氧量高或含有水份。
(4)保护气体供给量不是。
(5)钢卷装CB炉前滞留时间长使MgO含水率增高。
(6)密封不严吸人空气。
二:缺陷图谱图1-8为弯曲试验缺陷,图9-21为拉伸断口图1:刮伤图2:角钢中夹渣分层图3:角钢夹渣分层图4:夹杂分层图5:气泡起层图6:三分层缺陷图7:气泡形成三分层图8:角钢上的缩管分层图9:结晶状断口和星状断口图10:全杯状断口和半杯状断口图11:菊花状断口和燕尾断口图12:燕尾断口和斜断口图13:中心增碳和心部增碳图14:心部增碳图15:表面增碳图16:结晶胎性断口和残余增碳图17:结晶胎性断口和残余缩孔断口图18:残余缩孔断口和残余缩孔图19:缩孔断口和缩孔横截面劈开成二半图20:缩孔断口图21:白点断口和劈开断口。
金属材料缺陷的特点金属材料是工业生产中常用的一种材料,但是在生产和使用过程中,金属材料会出现各种缺陷,这些缺陷会直接影响到金属材料的性能和使用寿命。
因此,了解金属材料缺陷的特点对于保证产品质量和安全具有重要意义。
一、金属材料缺陷的分类1. 内部缺陷:内部缺陷是指金属材料内部存在的各种不良组织或结构,包括气孔、夹杂物、晶界、析出物等。
2. 表面缺陷:表面缺陷是指金属表面存在的各种不良组织或结构,包括划痕、裂纹、氧化皮等。
3. 尺寸偏差:尺寸偏差是指制造过程中由于加工误差或测量误差而导致零件尺寸与设计要求不符合的情况。
二、金属材料缺陷的特点1. 内部缺陷:(1)气孔:气孔是指金属内部存在的大小不等的空洞。
气孔通常由于熔体中残留的气体没有完全排出或者在冷却过程中气体溶解度降低而形成。
气孔会降低材料的强度和韧性,导致材料易于断裂。
(2)夹杂物:夹杂物是指金属内部存在的非金属物质,如氧化物、硫化物、碳化物等。
夹杂物会影响金属的力学性能和耐腐蚀性能。
(3)晶界:晶界是指相邻晶粒之间的界面。
晶界缺陷包括错位、堆垛缺陷等,会影响金属的强度和延展性。
(4)析出物:析出物是指在固溶体中析出的第二相组织,如硬质相、脆性相等。
析出物会影响金属的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 表面缺陷:(1)划痕:划痕是指金属表面被尖锐或硬质物体刮擦后形成的线状或点状凹槽。
划痕会影响产品外观和表面质量。
(2)裂纹:裂纹是指金属表面或内部存在的断裂面。
裂纹会降低材料的强度和韧性,导致材料易于断裂。
(3)氧化皮:氧化皮是指金属表面被氧化后形成的一层薄膜。
氧化皮会影响产品外观和表面质量,同时也会降低金属的耐腐蚀性能。
3. 尺寸偏差:尺寸偏差包括公差、误差等。
公差是指零件尺寸与设计要求之间的允许范围,误差是指实际测量值与理论值之间的偏差。
尺寸偏差会影响产品的精度和可靠性。
三、金属材料缺陷的检测方法1. X射线探伤:X射线探伤可以检测金属内部存在的各种缺陷,如气孔、夹杂物、晶界等。
铸造制品主要缺陷有偏析、气孔、缩孔与缩松、夹杂、裂纹、冷隔及其他缺陷。
1偏析偏析——在铸件中出现化学成分不均匀的现象。
偏析使铸件的性能不均匀,严重时会造成废品。
偏析可分为两大类:微观偏析和宏观偏析。
晶内偏析(又称枝晶偏析)——是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象,是微观偏析的一种。
凡形成固溶体的合金在结晶过程中,只有在非常缓慢的冷却条件下,使原子充分扩散,才能获得化学成分均匀的晶粒。
在实际铸造条件下,合金的凝固速度较快,原子来不及充分扩散,这样按树枝状方式长大的晶粒内部,其化学成分必然不均匀。
为消除晶内偏析,可把铸件重新加热到高温,并经长时间保温,使原子充分扩散。
这种热处理方法称为扩散退火。
密度偏析(旧称比重偏析)——是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象,是宏观偏析的一种。
当组成合金元素的密度相差悬殊时,待铸件完全凝固后,密度小的元素大都集中在上部,密度大的元素则较多地集中在下部。
为防止密度偏析,在浇注时应充分搅拌或加速金属液冷却,使不同密度的元素来不及分离。
宏观偏析有很多种,除密度偏析之外,还有正偏析、逆偏析、V形偏析和带状偏析等。
偏析金相组织见图1:图1边部灰色处为反偏析区2气孔金属在凝固过程中,气体的溶解度急剧降低,在戮度很大的固态金属中难以逸出而滞留于熔体内形成气孔。
与缩孔缩松的形态不同,气孔一般呈圆形、椭圆形或长条形,单个或成串状分布,内壁光滑。
孔内常见气体有H2、CO、H2O、CO2等。
按气孔在铸锭中出现的位置分为内部气孔、皮下气孔和表面气孔。
气孔的存在减少了铸锭的有效体积和密度,经加工后虽可被压缩变形,但难以焊合,结果造成产品的起皮、起泡、针眼、裂纹等缺陷。
气孔形态金相组织见图2:图2浇铸时由模底和模壁产生的气体来不及逸出而沿结晶方向形成气孔3缩孔与缩松金属在凝固过程中,发生体积收缩,熔体不能及时补充,而在最后凝固的地方出现收缩孔洞,称为缩孔或缩松。
容积大而集中的缩孔称为集中缩孔,细小而分散的缩孔称为缩松,其中出现在晶界和枝晶间借助于显微镜观察的缩松称为显微缩松。
缩孔表面多参差不齐,近似锯齿状,晶界和枝晶间的缩孔多带棱角,有些缩孔常为析出的气体所充填,孔壁较平滑,此时的缩孔也是气孔,缩孔内往往伴生低熔点物。
缩孔均出现在断面的中心区。
位于头部的缩孔多呈锥形,内表面参差不齐或有粗大的结晶组织。
位于中部的断续缩孔多为形状不规则的大小孔洞,内部有时会充有金属凝固时析出的气体,表面较光滑,在以后的加工中往往难以焊合而形成分层和气泡。
缩孔的附近还易造成应力集中而在加工中产生裂纹。
缩松常分布于断面的中心附近或整个断面,有时出现在缩孔附近,呈细小分散的孔洞分布于晶界或枝晶间隙。
有些细小的缩松肉眼难以发现,仅借助于显微镜或水压试验才能察觉。
疏松造成金属组织的不致密,因而大大降低合金的机械性能和抗蚀能力。
缩孔和缩松区域的大小与合金的凝固收缩系数,金属液体的流动性,结晶温度范围的宽窄,铸锭的断面尺寸、浇铸温度以及凝固条件等因素有关。
合金的凝固收缩系数愈大,铸锭断面的尺寸愈大,缩孔将愈严重。
合金的结晶温度范围越窄,流动性越好,则缩孔越集中;反之如合金的结晶温度越宽,凝固时的结晶过渡带越宽,则愈易形成缩松。
缩孔与缩松产生的主要原因有:熔炼工艺不合理,浇铸温度较低,补缩不良,断流;冷却强度较大,浇铸速度快;结晶器设计不合理,保温帽太低、潮湿;合金结晶温度范围宽,流动性差等。
缩孔与缩松形态金相组织见图3、图4:图3铸造终了时补缩不良而在头部形成缩孔,缩孔内有气体未得逸出图4横截面存在分散缩孔,周围并伴生缩松及小裂纹4夹杂与基体有明显分界面,性能相差悬殊的金属或非金属物称为夹杂。
按夹杂的性质可分金属夹杂和非金属夹杂两类。
金属夹杂指不溶于基体金属的各种金属化合物初晶及未熔化完的高熔点纯金属颗粒以及外来异金属;非金属夹杂包括氧化物、硫化物、碳化物、熔剂、熔渣、涂料、炉衬碎屑以及硅酸盐等。
按夹杂来源的不同可分内生夹杂与外生夹杂。
内生夹杂可能以游离状态或与基体金属结合成化合物的状态存在,也可能是多种杂质的互相结合。
内生夹杂中先析出的高熔点金属化合物初晶或纯金属多呈规则的颗粒状、块状、片状或针状,分布极不均匀。
而低熔点金属化合物则常沿晶界或枝晶轴间析出呈液珠状、球状、网络状或薄膜状等。
压力加工时,塑性良好的夹杂可沿加工方向拉长变形,塑性不良的夹杂仍保持铸造时形态或破碎成更小的颗粒,呈断续的链状沿加工方向分布。
外来夹杂是在生产过程中从炉衬、工具上的剥落物,通常较粗大而形状不定。
由于与基体有完全不同的化学组成和组织,因而在折断口或切削加工时即可根据不同的色泽与受蚀情况被发现。
钢铁中非金属夹杂物形态见图5:图5钢铁中非金属夹杂物5裂纹金属在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹;凝固后产生的裂纹称为冷裂纹。
裂纹破坏了金属的完整性,除少数可通过及时加工除去外,通常在以后的加工和使用过程中会沿着应力集中区域进一步扩大,最后导致破裂。
热裂纹是在铸锭尚未完全凝固或虽已凝固而晶界和枝晶间尚有少量低熔点相时,因金属液态、固态收缩及凝固收缩受到阻碍,当收缩应力超过了当时的金属强度或线收缩大于合金延伸率时形成的。
按出现的部位不同,热裂纹可分为表面裂纹、中心裂纹、放射状裂纹及侧面横裂纹等。
热裂纹多沿晶界扩展,曲折而不规则,常出现分枝,裂纹内可能夹有氧化膜或表面略带氧化色。
影响热裂纹的因素有合金的本性(合金的凝固收缩系数和高温强度等),浇注工艺和铸锭结构等方面。
合金中某些元素及不溶性的低熔点杂质能明显增大热裂倾向。
半连续铸锭的冷却速度较大因而比铁模铸锭热裂倾向大得多,铸造中加大铸造速度也会增大热裂倾向,从铸锭结构看,截面尺寸越大,则愈易发生热裂。
冷裂纹是在铸锭冷却到温度较低的弹性状态时,若锭坯内外还存在较大的温差,则收缩应力可能集中于某些薄弱区域。
一旦应力超过了金属的强度和塑性极限,铸锭将出现冷裂。
冷裂纹的特征是多呈穿晶开裂,多呈直线扩展,裂纹较规则、挺拔平直。
冷裂纹往往由热裂纹发展而来。
铸造裂纹产生的直接原因是存在铸造应力,引起的因素有:铸造温度不合适,速度快,冷却速度过大或过小,冷却不均匀;连铸拉停工艺不当;合金本身有热脆性,强度差;覆盖剂或润滑剂选择不合理;结晶器、坩埚、托座、浇铸管等设计不良,变形或安装不当。
铸造中冷热裂纹如图6、图7:图6因铸造速度过快引起的中心热裂纹图7内部应力冷裂纹6冷隔铸锭表面出现折皱或层叠状的缺陷,或者内部出现金属不连续现象统称冷隔。
冷隔的铸锭外表面不平整,层与层之间不连续,横断面分层,中间往往有氧化膜并伴生气孔等缺陷。
冷隔按形态可分折皱式和层叠式两种。
当浇铸温度较低,金属液面产生的薄膜凝壳未能与后来浇入的金属熔合,便产生折皱式冷隔。
层叠式冷隔较为多见,这是由于金属液的静压力大于金属的表面张力和氧化膜的强度,金属液冲破氧化膜而进入结晶器壁,但强烈地冷却使金属的流动性很快降低,结果不能与氧化膜凝壳熔合而形成层叠式冷隔。
冷隔按出现的部位不同分表面冷隔、皮下冷隔和中心冷隔。
冷隔产生的原因:浇铸温度低,冷却水压高,浇速不稳定,液面波动大,中间断流,补缩不良是形成冷隔的重要因素;严重的表面冷隔向铸锭内延伸,还引起皮下冷隔;结晶器内壁结构设计不合理,选材不当等也能导致冷隔的出现。
冷隔是铸锭常见缺陷之一,影响金属表面和内部的完整性,且会影响加工和使用,严重时引起加工裂纹和其他表面缺陷。
冷隔缺陷形态如图8所示:图8中心冷隔7晶粒不均铸锭不同部位晶粒大小差异较大的现象称为晶粒不均。
常见的有:扁锭结晶中心线偏离中心,两侧粗大柱状晶,方向相差较大,柱状晶扭曲,方向紊乱;圆锭偏心严重,局部粗大柱状晶,局部晶粒细小;悬浮晶或其他异常粗大晶粒。
产生的主要原因:结晶器内壁粗糙,结晶器变形,润滑油涂料分布不匀;冷却强度差异较大,冷却水分流不均,射角不合理,方向紊乱;浇铸时间长,浇温低,冷却缓慢等。
典型晶粒不均如图9所示:图9晶粒严重不均匀,结晶方向絮乱8其他表面缺陷铸锭常见的表面缺陷还有:疤痕、麻面、麻坑、毛刺、纵向条痕,横向竹节等。
(1)麻面铸锭表面的各种不平整现象称为麻面。
麻面上常有颗粒状凸起和砂眼,并伴生有涂料、覆盖剂、氧化物等污物。
产生的主要原因是铸造温度低、速度慢;结晶器内壁不光滑或覆盖剂不良;漏斗堵塞等。
(2)毛刺铸锭表面、边角、出现尖锐状金属凸起现象称为毛刺。
产生的主要原因是结晶器内壁不光滑;空心铸坯连铸芯杆质量不好。
(3)纵向条痕铸锭表面呈连续或断续的纵向条状凸起或凹陷称为纵向条痕。
产生的主要原因是结晶器内壁钻有金属或其他氧化物或其上产生磨损的凹槽;内衬装配缝隙较大。
(4)竹节具有拉停工艺的连铸坯,表面出现较大的周期性的凹凸现象称为竹节。
产生的主要原因是拉停工艺不当或者结晶器、模具变形。
金属材料加工成形缺陷1过热与过烧金属在加热或加工过程中,由于温度高,时间长,导致组织及晶粒粗大的现象称为过热;当金属在近于熔化温度下加热或严重过热时,晶间局部低熔点组元熔化或晶界弱化现象称为过烧。
过热后表面出现粗糙的麻点,桔皮,晶粒粗大等现象。
过热了的合金强度虽下降不多,但室温下的冲击韧性和塑性却大大下降。
材料变脆,断口上显现粗大的结晶颗粒。
高倍下观察除粗大的等轴晶外,或有粗大的第二相,或有粗大的魏氏组织。
过热并非绝对废品,有时可通过再变形、再处理等方法予以矫正或降级使用。
过烧后表面粗糙,晶界变粗、变直、发毛,甚至出现裂纹,还会出现易熔化和氧化薄膜层;过烧使金属结合力大大降低;显微组织中出现晶界加粗,熔化空洞或共晶球,熔化的液相网,甚至在几个晶粒的交界处有熔化出现的不规则空洞等现象;轧制时或挤制后出现晶界裂纹、板材侧裂、棒材头部开花、张口裂或裂成碎块,开裂部位能看到粗大枝晶和熔化的痕迹。
过热与过烧产生的主要原因有:加热温度高,时间长或局部长时间处于高温源处;热加工终了温度过高或者在高温区停留时间过长;合金中存在低熔点组元,或低熔点夹杂较多。
2裂纹与开裂(1)加工裂纹加工工艺不当或工序存有缺陷时均能引起加工裂纹。
加工裂纹也可分为热裂纹和冷裂纹两类,其区别在于裂纹周围的显微组织,前者无明显变化而后者有严重变形。
就形态上来分有纵向裂纹、横向裂纹、侧裂、张口裂、螺旋状裂纹、周期性横裂、断裂、呈45°的斜裂纹以及不规则裂纹等。
按分布则可分局部裂纹、头部开裂、表面裂纹、中心裂纹以及晶间裂纹等。
加工裂纹的产生原因应从金属本身及加工工艺两方面来分析。
属于金属本身的有以下几方面因素:合金的成分和杂质含量;铸锭存在冷隔、斑疤和偏析瘤等表面缺陷,缩孔、疏松、气孔、夹杂、偏析等内部缺陷时,加工时易沿此而产生裂纹;发达的柱状晶构明显弱面时易沿晶界或弱面开裂;合金在上道工序存有裂纹、过烧、过热,或第二相分布不良,组织不匀,以及相变引起的微裂纹等缺陷。