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    金屬材料缺陷對材料的影響

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    瀏覽:- 發布日期:2020-10-09 14:43:36【

    在金屬材料檢測中,常見的金屬材料缺陷有許多,他們都能夠對金屬材料的性能產生一個比較大的影響。今天我們對于金屬材料的常見缺陷做一下總結。希望對大家認識金屬材料的缺陷有一定的幫助。

    首先金屬在從液態至固態的轉變過程之中,由于氣體的溶解度急速降低。大概率會導致戮度較大的固態金屬滯留與氣孔內難以溢出。而材料在受熱時縮孔與縮松的形態不同這就能夠導致金屬表面形成橢圓形以及長條形的氣孔。氣孔成串狀分布孔內常見有氫、氧、碳元素的化合物。按氣孔出現的位置分為內部氣孔、皮下氣孔以及表面氣孔。

    氣孔可以有效的減少體積及密度。加工之后可能造成起皮氣泡針眼、裂紋等缺陷。

    在金屬凝固過程中發生的體積縮放如果不能被溶體直接補充,當材料凝固完成后會出現孔洞,通過金相觀察可以明顯的發現顯微縮松。這些縮松孔很容易因為加工過程之中應力集中而形成裂紋,使得材料的機械性能大大的減低。

    這些縮松孔形成的主要原因有:熔煉工藝不合理,澆鑄溫度較低,補縮不良,斷流;冷卻強度較大,澆鑄速度快;結晶器設計不合理,保溫帽太低、潮濕;合金結晶溫度范圍寬,流動性差等。

    金屬偏析的現象主要是因為金屬材料的化學成分在鑄造時呈現了不均勻的情況,對于金屬材料的性能有著非常大的傷害。

    一般把偏析分為宏觀偏析與微觀偏析兩大類,晶內偏析主要表現為材料晶內各部出現了化學成分不均勻的狀況,從性質上是微觀偏析的一個分類,想要避免這種情況,我們保證材料在恒溫的環境下使得原子充分的進行擴散也就是我們常說的擴散退火。

    宏觀偏析是指在金屬材料表面出現了上下不均勻的情況發生,當參與組成合金元素的材料密度相差懸殊時。材料凝固完成后,上半部分會集合密度較小的元素而密度較大的元素則會集中至材料的下半部分,這種偏析的情況也就是我們俗稱的密度偏析。在澆筑過程之中,我們采用快速攪拌或者急速冷卻的方式,都可以避免類似情況發生。盡量讓不同元素之間來不及形成分離的情況。

    在宏觀偏析之中,V型偏析、正偏析、逆偏析、帶狀偏析等。都是常見的金屬材料偏析狀態。

    夾雜物缺陷,主要因為金屬元素與非金屬元素夾雜。形成缺陷的原因是因為,金屬與非金屬夾雜物之中有明顯的缺陷。

    按夾雜的性質可分金屬夾雜和非金屬夾雜兩類。金屬夾雜指不溶于基體金屬的各種金屬化合物初晶及未熔化完的高熔點純金屬顆粒以及外來異金屬;非金屬夾雜包括氧化物、硫化物、碳化物、熔劑、熔渣、涂料、爐襯碎屑以及硅酸鹽等。

    按夾雜來源的不同可分內生夾雜與外生夾雜。內生夾雜可能以游離狀態或與基體金屬結合成化合物的狀態存在,也可能是多種雜質的互相結合。

    內生夾雜中先析出的高熔點金屬化合物初晶或純金屬多呈規則的顆粒狀、塊狀、片狀或針狀,分布極不均勻。而低熔點金屬化合物則常沿晶界或枝晶軸間析出呈液珠狀、球狀、網絡狀或薄膜狀等。壓力加工時,塑性良好的夾雜可沿加工方向拉長變形,塑性不良的夾雜仍保持鑄造時形態或破碎成更小的顆粒,呈斷續的鏈狀沿加工方向分布。

    外來夾雜是在生產過程中從爐襯、工具上的剝落物,通常較粗大而形狀不定。由于與基體有完全不同的化學組成和組織,因而在折斷口或切削加工時即可根據不同的色澤與受蝕情況被發現

    金屬在凝固過程中產生的裂紋稱為熱裂紋;凝固后產生的裂紋稱為冷裂紋。裂紋破壞了金屬的完整性,除少數可通過及時加工除去外,通常在以后的加工和 使用過程中會沿著應力集中區域進一步擴大,最后導致破裂。

    熱裂紋是在鑄錠尚未完全凝固或雖已凝固而晶界和枝晶間尚有少量低熔點相時,因金屬液態、固態收縮及凝固收縮受到阻礙,當收縮應力超過了當時的金屬強度或線收縮大于合金延伸率時形成的。按出現的部位不同,熱裂紋可分為表面裂紋、中心裂紋、放射狀裂紋及側面橫裂紋等。熱裂紋多沿晶界擴展,曲折而不規則,常出現分枝,裂紋內可能夾有氧化膜或表面略帶氧化色。

    影響熱裂紋的因素有合金的本性(合金的凝固收縮系數和高溫強度等),澆注工藝和鑄錠結構等方面。合金中某些元素及不溶性的低熔點雜質能明顯增大熱裂傾向。半連續鑄錠的冷卻速度較大因而比鐵模鑄錠熱裂傾向大得多,鑄造中加大鑄造速度也會增大熱裂傾向,從鑄錠結構看,截面尺寸越大,則愈易發生熱裂。

    冷裂紋是在鑄錠冷卻到溫度較低的彈性狀態時,若錠坯內外還存在較大的溫差,則收縮應力可能集中于某些薄弱區域。一旦應力超過了金屬的強度和塑性極限,鑄錠將出現冷裂。冷裂紋的特征是多呈穿晶開裂,多呈直線擴展,裂紋較規則、挺拔平直。冷裂紋往往由熱裂紋發展而來。

    鑄造裂紋產生的直接原因是存在鑄造應力,引起的因素有:鑄造溫度不合適,速度快,冷卻速度過大或過小,冷卻不均勻;連鑄拉停工藝不當;合金本身有熱脆性,強度差;覆蓋劑或潤滑劑選擇不合理;結晶器、坩堝、托座、澆鑄管等設計不良,變形或安裝不當。

    鑄錠不同部位晶粒大小差異較大的現象稱為晶粒不均。

    常見的有:扁錠結晶中心線偏離中心,兩側粗大柱狀晶,方向相差較大,柱狀晶扭曲,方向紊亂;圓錠偏心嚴重,局部粗大柱狀晶,局部晶粒細小;懸浮晶或其他異常粗大晶粒。

    產生的主要原因:結晶器內壁粗糙,結晶器變形,潤滑油涂料分布不勻;冷卻強度差異較大,冷卻水分流不均,射角不合理,方向紊亂;澆鑄時間長,澆溫低,冷卻緩慢等。

    鑄錠常見的表面缺陷還有:疤痕、麻面、麻坑、毛刺、縱向條痕,橫向竹節等。

    (1)麻面

    鑄錠表面的各種不平整現象稱為麻面。

    麻面上常有顆粒狀凸起和砂眼,并伴生有涂料、覆蓋劑、氧化物等污物。產生的主要原因是鑄造溫度低、速度慢;結晶器內壁不光滑或覆蓋劑不良;漏斗堵塞等。

    (2)毛刺

    鑄錠表面、邊角、出現尖銳狀金屬凸起現象稱為毛刺。

    產生的主要原因是結晶器內壁不光滑;空心鑄坯連鑄芯桿質量不好。

    (3)縱向條痕

    鑄錠表面呈連續或斷續的縱向條狀凸起或凹陷稱為縱向條痕。

    產生的主要原因是結晶器內壁鉆有金屬或其他氧化物或其上產生磨損的凹槽;內襯裝配縫隙較大。

    (4)竹節

    具有拉停工藝的連鑄坯,表面出現較大的周期性的凹凸現象稱為竹節。

    產生的主要原因是拉停工藝或者結晶器、模具變形。

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