[工学]优质钢缺陷课件.ppt
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- 工学 优质 缺陷 课件
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1、2023-2-111第二部分第二部分 优质钢缺陷优质钢缺陷第一章第一章 绪绪 论论钢的分类1按钢的化学成分分类2按钢的品质分类1)普通钢(P0.045%,S0.055%,或P,S0.050%)2)优质钢(S,P0.04%)3)高级优质钢(P0.035%,S0.03%)3按钢的冶炼方法分类4按钢的金相组织分类5按钢的用途分类2023-2-112第二章第二章 钢中缺陷的检验和研究方法钢中缺陷的检验和研究方法21 钢中缺陷的传统检验方法目前钢厂使用最多的仍是那些传统的检验方法,其中最主要的是:低倍酸检验;断口检验;硫印试验;塔形试验;超声检验以及高倍金相检验;在上述各种检验方法中,除高倍金相以外,均
2、为宏观检验方法。2023-2-113所谓宏观检验,就是用肉眼或借助于10倍以下放大镜的检验。由于低倍检验(包括低倍酸浸检验、断口检验和塔形检验)可直观地检查出钢在冶炼、浇注、热加工和热处理过程中所产生的缺陷,而且具有工艺简单、对检验设备要求不高、操作方便、成本低谦等优点,因此,为国内外所广泛采用。2023-2-114金相检验用于检验钢中高倍组织缺陷,其中包括脱碳、碳化物网状、碳化物带状、碳化物液析、碳化物不均性、石墨碳、奥氏体钢中相、晶粒度等。2023-2-115211 低倍酸浸检验低倍酸浸检验就是将预先制备好的试样用酸浸蚀,以显示其宏观组织及缺陷的一种试验方法。国家标准规定:结构钢、轴承钢、
3、高速钢、弹簧钢及各种不锈钢、耐热钢在出厂前必须进行酸浸腐蚀检验,以保证其质量。酸浸试验试样多取横向,从最易于形成缺陷的部位取样。2023-2-116低倍酸浸试验分为:热酸浸蚀法;冷酸腐蚀法;电解腐蚀法三种。仲裁时,一般以热酸浸蚀法为准。酸浸试验所显示的低倍组织缺陷共12种,如下:(1)一般疏松 在酸浸试片上表现为组织不致密,分散在整个截面的暗点和空隙。(14级)。2023-2-117(2)中心疏松 在酸浸试片的中心部位呈现集中分布的空隙和暗点。(14级)(3)锭型偏析 (14级)(4)点状偏析:一般点状偏析和边缘点状偏析均分为(14级)(5)皮下气泡 (6)残余缩孔(13级)2023-2-11
4、8(7)翻皮 在酸浸试片上呈亮白色弯曲条带,并在其上或周围有气孔和夹杂物(13级)。(8)白点 在酸浸试片上为锯齿形小裂纹,呈放射状,同心圆形或呈不规则分布(13级)(9)轴心晶间裂纹 一般多出现在高合金不锈耐热钢和高合金结构钢中,为蜘蛛网状(13级)(10)内部气泡(11)非金属夹杂物和夹渣(12)异金属夹杂物2023-2-119在各种钢的技术条件中都明确规定不允许存在的低倍缺陷及其合格级别。优质钢低倍缺陷的允许界限钢类 一般疏 中心疏松 偏析优质钢 3 3 3高级优质钢 2 2 2.5最新研究表明:长寿命模具钢的低倍缺陷一般要求01级。2023-2-11102.1.2 断口检验断口检验是检
5、查钢材宏观缺陷的重要方法之一断口检验不需要贵重的检验仪器,方法简便,结果可靠,是检验钢材质量的一种通用方法。一般结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢等都规定在出厂前和验收时要作断口检验。2023-2-1111断口检验较酸浸检验更能显示钢中白点、钢的过烧和过热。断口检验的断口可分为:淬火断口;退火断口;调质断口三种。其断口类型的选取决定受检钢的类型和检验要求,其目的在于能够真实地显露钢中缺陷。2023-2-1112(1)淬火断口:较易发现的缺陷有:白点、夹杂、气孔、层状、石状、萘状等。在工厂中断口检验多用淬火断口。(2)退火断口:在退火断口上较易显露的缺陷有黑脆、夹杂、缩孔残余等,除冶金缺陷外,还可判
6、断钢材的晶粒均匀程度。(3)调质断口:兼具检验钢中缺陷(如白点、层状、气孔等)和显示钢的基本组织。2023-2-1113GB1814-79钢材断口检验法(1)纤维状断口(2)瓷状断口(3)结晶状断口(4)台状断口(5)撕痕状断口(6)层状断口2023-2-1114(7)缩孔残余断口(属于不允许缺陷)(8)白点断口(属于不允许缺陷)(9)气泡断口(属于不允许缺陷)(10)内裂断口(属于不允许缺陷)(11)非金属夹杂物及夹渣断口(属于不允许缺陷)(12)异金属夹杂断口(属于不允许缺陷)(13)黑脆断口(属于不允许缺陷)2023-2-1115(14)石状断口(15)萘状断口2023-2-11162.
7、1.3 硫印检验硫在钢中一般认为是有害元素之一,因为它会引起热脆和使钢的韧性变坏,所以在优质钢中规定其含量不得超过0.040%.硫在钢中主要以硫化物形式存在;硫对钢的强度影响不大,但却降低钢的塑性和韧性,特别是冲击韧性。为检查钢中硫的偏析情况常用硫印法。2023-2-1117硫印检验法亦称包曼(Baumann)法,是一种宏观检验方法。其目的是通过将预先在稀硫酸溶液中浸泡过的相纸敷在试片上,使之发生反应,取下后由相纸上所形成的印痕来确定钢中硫的分布情况,并根据硫印色泽深浅,大小判定钢中硫化物的多少。2023-2-1118注意:(1)硫印试验只是一种定性试验,不能按硫印确定钢中硫含量数值。(2)根
8、据硫印可对所检验部位钢的纯净度作出判断,如可根据硫印判断钢的化学成分的不均匀以及某些形体上的缺陷。2023-2-11192.1.4 塔形试验塔形试验是用以检验钢中发纹的一种试验方法,因其所用试样为三级台阶状,形似塔状,故称塔形试验。发纹是钢中的一种宏观缺陷,它的存在对钢的性能,特别是疲劳强度有不利影响。发纹:是在热酸浸过后的塔形试样上,沿轧制方向分布有一定长度和深度的小裂纹。一般用肉眼或10倍放大镜检查。2023-2-11202.1.5 金相检验金相检验项目包括:脱碳、退火组织、碳化物网状、碳化物带状、碳化物不均匀、碳化物液析、晶粒度、石墨碳、奥氏体钢中的相、非金属夹杂物等。2023-2-11
9、21第三章 钢中的宏观偏析在低倍检验中常见的宏观偏析缺陷有:方框形偏析、点状偏析、碳化物偏析等。不太常见的有锭尾偏析、轴心偏析以及电渣重熔钢的波纹状偏析。宏观偏析的形成与钢的凝固和结晶过程密切相关。2023-2-1122由于钢凝固过程中体积收缩所造成冶金缺陷可分为缩孔、中心疏松,一般疏松等。缩孔、二次缩孔钢材中不允许有未切尽的残余缩孔。2023-2-1123体积收缩的规律:1)液态收缩2)凝固收缩3)固态收缩碳素钢钢锭从浇注到室温的总收缩达1014%,但主要是其占3.55.7%的液态收缩和凝固收缩,它们对形成缩孔和疏松起作用。2023-2-1124影响收缩的因素:1)含碳量的影响:随含碳量增加
10、而增大。2)合金元素的影响:不同合金元素对收缩的影响不同。3)浇注温度和浇注速度的影响:注温高、速度快收缩大。4)锭型的影响:锭型高宽比越大和锥度越小,则缩孔越深。2023-2-1125结晶偏析:钢中凝固时产生各种元素分布不均匀的现象叫:偏析C大于C0称为正偏析,C小于C0则负偏析。枝晶偏析区域偏析(定向晶区的偏析,倒V形正偏析,轴心偏析,上部正偏析)2023-2-1126方框形偏析点状偏析下注镇静钢的锭尾偏析2023-2-1127影响偏析的因素1锭型的影响;2.浇注温度和浇注速度影响2023-2-1128第四章 气体在钢中形成的缺陷钢中气体一般指:氢、氧、氮。氢含量高时,会使钢材产生白点或氢
11、脆;氮的含量过高时会形成氮化铝,氮化钛或碳氮化钛,它们在晶界上呈薄片状析出使钢变脆;氧含量过高使钢中产生过多的氧化物夹杂;2023-2-1129在冶炼过程中有时钢中还有CO、CO2、H2O、SO2等气体;在浇注时,由于上述气体过高还会产生皮下气泡,内部气泡,点状偏析和发纹等缺陷。2023-2-1130钢中气体的来源:(1)金属炉料表面的铁锈(2)矿石表面吸附和化合水(3)造渣材料特别是石灰带来的水;增碳剂和脱氧剂吸附的水(4)大气中的水蒸汽(5)炉衬材料带入的水2023-2-1131气体对钢质量的影响溶解在钢液中的氢、氮、氧,其溶解度在凝固时剧烈降低,必然出现相应气体的析出,从而产生钢中缺陷。
12、氢的溶解度降低量为60%或20ppm;氮的溶解度降低75%或300ppm;氧在钢液中的最大溶解量为0.21%,而在室温下为0.05%.2023-2-11324.1 氢的影响:氢在钢中以原子或离子形式溶入钢中,在钢中造成许多严重的缺陷:如白点、内部气泡以及焊缝热影响区内的裂纹等;氢被看作是钢中危害最大的一种元素2023-2-1133在工业用钢中,通常总是含有一定量的氢,结果导致在铸锭中形成气孔和裂纹,特别容易在大型锻钢件中形成。氢含量的增加,使钢的面缩率明显地降低,使钢的屈服点消失,当氢含量达到610-4%时,就足以使钢的塑性降至最低限。2023-2-11344.2 氮的影响氮在钢中是一种重要的
13、合金元素:优点:1)氮可以改善高铬和高铬镍钢的宏观组织,使之致密坚实,并提高其强度。2)渗氮钢中采用热处理工艺,将氮渗入钢的表面层使之与铬、铝等合金元素形成氮化物,提高钢表面层的硬度及耐磨性。3)氮作为合金元素加入钢中,与许多合金元素生成细小弥散的化合物,如形成AlN,TiN,TiCN,VN等,有阻碍晶粒长大的趋向,可提高钢的过热敏感温度。2023-2-1135害处:1)氮化物以薄片形式析出在晶界上时,将使钢发生时效脆性;2)微量氮的低碳钢在冷加工变形后,其性能将随时间发生变化,即强度和硬度提高,韧性降低,缺口敏感性增加所谓低碳钢的应变时效现象。3)氮是导致钢产生蓝脆的主要原因。2023-2-
14、11364.3 氧的影响氧在铁中的溶解度极小,有资料表明:氧的溶解度在铁中约为0.004%;在铁中约为0.002%0.003%;在铁中最大值约为0.03%(T910),在700时约为0.007%,在500时约为0.001%;2023-2-1137在1600下钢中氧的溶解度为0.229%,而在室温下氧是以氧化物的形式存在的,以原子状态存在的氧几乎为零。由此表明,固溶在钢中的氧数量极少,但是钢中的氧含量要高得多,其余的氧是以各种氧化物夹杂的形式存在的。由于氧及其反应气体逸出的困难,产生如下缺陷:2023-2-11381)生成的气泡大部分滞留于钢中,形成气孔和疏松,常常引起钢锭在加工时的开裂现象。2
15、)FeO与FeS形成FeO-FeS夹杂,这种夹杂物的熔点很低(940),在钢液凝固完毕时,它将以薄膜状保留在晶界上,易产生热裂纹。2023-2-11393)溶解度下降而析出的氧,与钢中其它元素如Mn,Si,Al,Ti,Cr等元素发生反应,形成内在夹杂物,导致钢的机械性能,特别是钢的塑和韧性及疲劳强度下降。4)钢的切削加工性能带来不利的影响。2023-2-11404.4 钢中气体所造成的缺陷气体在钢中弊多利少,冶金工作者在钢的冶金过程中,总是采取一切措施把气体含量降到最低限度,以提高钢的质量。常采取的方法有:真空脱气,钢包精炼,保护浇注等措施,来减少钢中气体的含量。2023-2-1141气体产生
16、的缺陷皮下气泡:分布在钢锭的表皮下或一定的深度(几毫米或十几毫米),沿钢锭纵向排列的内壁光滑的单个或成簇的小孔洞或短而粗的裂纹。内部气泡和点状偏析:它们通常共存。在电炉或平炉冶炼的碳素结构钢、合金结构钢中常常出现这种缺陷。镇静钢内部气泡和点状偏析的主要形成原是由于在冶炼或浇注不正常的情况下,带入大量的气体到钢液中或由于脱氧不良而产生。2023-2-1142白点钢中白点是由氢所引起的一种内部裂纹缺陷,多在钢坯或钢材中形成。在钢的纵向断口上显现为圆形或椭圆形银白色斑点,故称为白点。白点是一种危险的冶金缺陷,历史上由于这种缺陷造成的恶性事故很多。如:1916年,美国曾发生过由于在重轨钢中有白点所造成
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