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热处理缺陷分析方法

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人气:-发表时间:2016-08-05 15:52【


热处理缺陷种类和产生原因复杂多样,其影响很大,直接影响产品质量、使用性能和安全,所以准确分析和判断热处理缺陷十分重要。热处理缺陷分析从断口分析人手,辅以化学成分分析、金相分析、力学性能试验、无损检验等检验方法,调查工艺过程,进行必要的验证试验。最后将各种分析、试验结果及数据进行综合分析,得出结论,并提出改进措施。

1.      断口分析在断口分析技术中,最关键的两项工作是断口的选择和断口的观察。对于断裂原因的正确分析及断口形貌的正确解释,在很大程度上依靠于断口样品的正确选择及断口形貌的清晰程度。

在分析断裂时,必须从断裂零件中选取断口样品,不仅是为了缩小检查范围,而更重要的是为了寻找最先开裂的断裂部位。另外,在取样时不得损伤断口表面,并使断口保持干燥,防止污染。

裂纹分析常常要求对有裂纹的零件进行部分破坏。对于这种情况,在打开裂纹之前,应对零件进行必要的检查及测量,以确定零件的形态。常用的方法是对零件的开裂部位画出轮廓草图或进行照相等。打开裂纹的方法很多,如拉开、扳开、压开等。但无论是哪一种方法,都必须根据裂纹源的位置及裂纹的扩展方向,来选择受力点。一般情况下,都是在垂直裂纹扩展方向加力,使带有裂纹的零件形成断口。

断口观察包括宏观观察和微观观察。断口宏观观察主要是确定裂源位置及裂纹的扩展方向;断口微观观察是在宏观观察的基础上,对裂源区、裂纹扩展区及最终断裂区进行检验。应用电子显微镜、电子探针、离子探针及俄歇谱仪等工具观察或检查微观形貌特征、微量或痕量元素对断裂的影响等,从而进一步判断和证实断裂的性质和方式。在断口分析中,必须注意这两者的结合。

(1)断口的宏观观察 断口的宏观观察是指用肉眼、放大镜、光学显微镜及扫描电镜的低倍观察。

首先用肉眼和放大镜观察断裂零件的外貌。应特别注意零件碎片的表面观察,看看是否有加工缺陷(如刀痕、折叠、变形、缩颈及弯曲等)、是否存在产生应力集中的薄弱环节(如尖角、油孔等)以及表面损伤(如化学腐蚀、机械磨损等)。接着,根据断口的宏观特征来确定裂纹源及裂纹的扩展方向。在此基础上,将断口按裂源区、裂纹缓慢扩展区和裂纹快速扩展区进行光学显微镜或扫描电子显微镜的低倍观察,特别是裂源区要用实体显微镜进行反复观察,因为裂源往往与材料缺陷有联系。

在断口宏观观察时,还要注意断口表面颜色。断口表面颜色反映了开裂之后的过程和温度,有利于判断开裂时机。

(2)断口的微观观察 断口的微观观察通常是应用电子显微镜。断口的微观观察是在断口宏观观察的基础上进行的。通过对断口的微观观察,除可进一步澄清断裂的路径、断裂的性质、环境对断裂的影响等因素外,还将找出断裂的原因及其断裂机理等因素。但是,在进行微观观察时,要注意防止片面性,不能从局部的特征轻易地作出结论,必须进行反复的观察。对于各种显微形貌特征,要有数量的概念或统计的概念,并且还要与宏观观察的情况结合起来,才能得出正确的判断。

应用扫描电镜可直接检查实物断口表面,可以连续放大观察,电子图像立体感强。它是断裂失效分析的最有力的工具。应用透射电子显微镜不能直接检查断口表面,需要制作塑料一碳复型,且用重金属投影增强反差。用于萃取复型的一个有效的辅助方法,是通过电子衍射技术鉴别第二相粒子或者腐蚀产物等。断口上经常有夹杂物、第二相、腐蚀产物等析出或生成,它们对构件断裂,尤其是沿晶断裂影响显著。因此,进行物相分析,通常使用x射线衍射仪、电子显微镜电子衍射仪、离子质谱仪等,对确定其结构及化学组成是很有必要的。

2.    化学分析

在热处理缺陷分析中,为了查明材料是否符合规定要求,必须进行化学成分分析,考察实际使用的材料成分与规定成分是否有偏差,使用材料是否有错误。有时还需要对腐蚀表面沉积物、氧化物或者腐蚀产物,以及与被腐蚀材料接触的介质,进行化学分析,以利于分析缺陷产生的原因。

化学分析包括常规的、局部的、表面的和微区的化学分析。在分析中应当注意常规成分报告中那些没有规定限量的有害元素,例如,砷、锑、铅、锡、铋等是否超过限量。另外,还要注意气体含量,例如氢、氧、氮等也不能超过一定的限量。在缺陷分析中,还经常使用电子探针、俄歇谱仪、离子探针等仪器,来检测腐蚀产物、表面化学元素组成、化学成分的局部偏析、微量及痕量元素等。

3.    金相检验

金相检验在热处理缺陷分析中也是经常应用的一种重要手段,有些热处理缺陷往往只需作金相检验就可以查明损坏的原因。

金相检验的内容主要有晶粒的大小、组织形态、第二相粒子的大小及分布、晶界的变化、夹杂物、疏松、裂纹、脱碳等缺陷。特别应注意晶界的检验,是否有析出相、腐蚀等现象发生。

检查裂纹时,往往能从裂纹尖端的试样得到最有价值的情报。由于它受环境介质的影响较小,容易判别裂纹扩展路径的方式一穿晶型或沿晶型。

4.    力学性能试验

热处理的目的就是使零件获得要求的组织和性能,对机械零件主要的要求性能是力学性能,所以热处理后,零件或随炉试样都要进行力学性能试验检查。力学性能试验(主要是硬度试验)也是对热处理质量情况的检查;另外,力学性能试验还是考核零件材料是否合格的重要证据。因此,热处理缺陷分析中力学性能试验具有重要作用。

力学性能试验除了硬度试验,有时还要进行静拉伸、冲击、疲劳、断裂韧度及高温性能等试验。特别应当注意不同零件、不同部位力学性能的差异,是否达到技术条件要求。

5.      验证试验

验证试验是对热处理缺陷分析初步结果的考核和证明,再现热处理缺陷。通常是按原工艺和改进工艺进行对比试验,分析检查技术条件要求的各项指标。

6.      综合分析
    对热处理缺陷的各种检查和试验所获得的结果及试验数据进行全面分析,得出一种或几种主要的原因,有时还要查阅相关文献资料及同类实例报告,作为参考借鉴,最终确定结论,并提出改进措施。热处理缺陷分析报告内容如下:

1)概况。零件名称、图样、使用材料、缺陷部位及宏观形貌特征,零件的工艺流程。

2)试验结果及分析。断口分析、化学成分分析、金相检验、力学性能试验、其他试验或测试结果,试验结果分析和讨论。

3)验证试验。模拟试验、扩大试验。

4)结论。

5)改进措施。

热处理缺陷种类繁多,产生的原因多种多样。因此,为了预防和挽救热处理缺陷,首先要深人了解各种热处理缺陷形态特征、产生原因和影响因素,准确分析确定热处理缺陷的性质,提出切实可行的预防和改进措施。更主要的是要从与热处理有关的多方面着手解决,对热处理前、热处理中、热处理后各个相关环节进行控制,这就是要对热处理全过程进行全面质量控制。此外,还要加强对热处理缺陷研究,深人研究各种热处理缺陷产生的机理、新型热处理工艺缺陷性质,探讨减少和避免热处理缺陷新措施及补救方法。



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