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1、第二节 断口检验零件在破断后形成的断裂面称为断口，断口的形成方式有很多，但金属总是寻求最薄弱、最捷径的途径发生断裂，因此断口呈现出的各种形貌，记录着断裂方式、机制、热处理效果以及材料的内部质量。对于在使用过程中破损的零件和在生产制造过程中由于某些原因而导致破损的断口，以及拉伸、冲击试验后的断口，无须任何加工制备试样就可以直接进行观察和检验。宏观断口检验一般是指在三点弯曲试样上，施加冲击动载荷，人为迫使试样发生断裂，钢在冶炼、压力加工、热处理等制造工艺中存在的缺陷则从断口上反映出来，因此断口检验是评价金属质量的重要手段之一，也是宏观检验常用的一种方法。断口检验最易发现钢中白点、过热、过烧缺陷，还
2、可以通过断口形态特征评价热处理效果、冶金质量等。通常可以与低倍酸蚀试验同时并用，互相补充，避免缺陷漏检。钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别按照国家标准GB/T1814-1979钢材断口检验法，该标准适用于结构钢、滚珠钢、工具钢及弹簧钢的热轧、锻造、冷拉条钢和钢坯，其他钢类要求做断口检验时也可参照该标准。GB/T2971-1982碳素钢和低合金钢断口检验法适用于碳素钢结构钢和低合金钢钢板、条钢、型钢的断口检验。一、断口试样的选取断口试样的选取部位应按照相应的技术条件和有关标准，遵循的选取原则依然是要有代表性，能反映待检验内容的真实情况，应取自最易发生各种缺陷的部位。一般采用纵向断口，因为钢材中的
3、偏析、非金属夹杂物以及白点等缺陷，在热加工时均会沿加工变形方向延伸，所以这些缺陷在钢材的纵向断口上最易被显示，故在选取钢材断口检验试样时，应尽可能的选取纵向断口；对于钢材直径或边长不大于40mm的可做横向断口。二、热处理状态对断口试样的影响断口检验的试样应根据钢材种类及检验要求的不同，在折断前一般需经过不同工艺的热处理。对于低碳钢或低合金钢断口试样可在正火状态下切取，对于轴承钢、工具钢的断口试样通常在经球化退火的钢材上切取，结构用钢应进行调质或淬火处理，因为热处理状态会对宏观断口形貌造成很大的影响，只有在组织细化、出现韧性断口的基底上才能充分显露材料中的各种缺陷，如果热处理后材料处于脆性状态，
4、金属在折断时则优先沿着解理面发生断裂，形成结晶状宏观断口，常常会掩盖材料中各种缺陷的显露，达不到断口检验的真正目的。三、断口试样的制备断口试样切取可采用剪、锯、切割等方法，若应用热切、热锯或气割时，刻槽必须将变形区和热影响区（30mm50mm）除去。1. 纵向断口试样制备方法对于直径（或边长）大于40mm的钢材，先切取横向试片，试片的厚度为（1520）mm，在试片横截面的中心线上刻一“V”形槽，见图3-6，刻槽深度为试片厚度的1/3，若折断有困难时可适当加深刻槽深度。纵向断口试样一般是利用低倍检验后的横向试片直接开槽进行试验。2. 横向断口试样制备方法对于直径（或边长）不大于40 mm的钢材，
5、可取横向断口，试样长度为（100140）mm，在试样中部的一边或两边刻槽，刻槽时应保留断口的截面不小于钢材原截面的50%，见图3-7。图3-6 直径大于40mm钢材 图3-7 直径小于40mm钢材断口刻槽示意图 断口刻槽示意图四、断口试验断口试验是沿刻槽位置将试样在冲击载荷作用下折断以获得检验的断口，断口的某些疵病与断口试验操作条件有很大关系，比如：试验温度、加荷方法等。通常断口试验应在室温下进行，低温状态时会影响和改变断口形貌，冬季（-20-30），试样在室外放置12小时后打断，断口上将出现结晶状，而同一试片在常温下打断时，断口上的结晶状比例则有可能降低，因此特别要注意冬季试片从室外拿到试验
6、间时不能马上进行试验，应放置一段时间，待整个试片温度达到室温的条件下才可进行试验。加荷方法对断口形态也有较大影响，冲击折断试样所用设备通常采用落锤、电锤、小汽锤、压力机、材料试验机或冲床，用自由落锤和材料试验机等不同加荷方法将同一试片打断，对断口形态产生不同效果，自由落锤打断的断口上结晶状较其他载荷速度慢的方法易于呈现出来。在折断试样时，应采取妥善办法来避免断口表面受损伤或污染。操作时，应将刻槽向下放置，使刀口与刻槽中心线吻合，然后折断，试样最好一次折断，严禁反复冲、压，使断口产生疲劳痕迹，混淆断口缺陷。折断的断口一般应用肉眼或30倍以下的放大镜来检查。五、钢材断口分类及常见缺陷形态1. 纤维
7、状断口断口呈纤维状，无金属光泽，颜色发暗，看不到结晶颗粒，断口边缘常有明显的剪切唇和塑性变形，是结构钢正常调质态断口，属韧性断口。微观断裂形貌是韧窝。见图3-8。2. 结晶状断口断口上有明显的、具有金属光泽的结晶颗粒，断面平齐，呈银灰色，说明断裂时没有明显的塑性变形，结晶状断口属于脆性断口。对于出现在热轧或退火的钢材（坯）上是一种正常断口，对于结构钢调质处理淬火效果不好出现的结晶状断口则是非正常断口。微观断口形貌是解理或准解理。见图3-9。图3-8 纤维状断口 图3-9 结晶状断口3. 瓷状断口瓷状断口是一种具有绸缎光泽、致密、类似细瓷器断口，呈亮灰色，该断口常出现在过共析钢和某些合金钢淬火低
8、温回火的钢材（坯）上，是一种正常断口，微观断口形貌是穿晶断裂。例如渗碳层宏观断口就是磁状断口。材料为35CrNi1Mo的零件淬火+低温回火后表面局部断裂面为瓷状断口，见图3-10。图3-10 瓷状断口4. 白点断口断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，斑点面上并不光滑，为细颗粒状或粗纤维状，白点有时也会呈鸭嘴形裂口，其尺寸变化较大可以由几毫米到几十毫米，一般分布于偏析区内。见图3-11。白点缺陷是钢中氢和内应力共同作用所造成的，它属于破坏连续性缺陷，降低钢材延伸率，对断面收缩率和冲击韧性降低更明显。有白点缺陷的钢材或零件在热处理时往往容易形成淬火裂纹或发生开裂，因此在钢中是不允许的缺陷。5. 萘状
9、断口断口上呈弱金属光泽的亮点或小平面，由于各个晶面位向不同，这些亮点或小平面闪耀着萘晶体般的光泽，是一种粗晶的穿晶断口。见图3-12。这种缺陷在合金结构钢和高速钢的断口上均可见到，高速钢典型的萘状断口常常是因为工件多次重复淬火，其间又未经退火而造成的；合金结构钢中的萘状断口是由于过热而导致晶粒长大粗化引起的。a.白点低倍 b.白点断口图3-11 白点缺陷图3-12 萘状断口 图3-13 石状断口6. 石状断口断口上表现为无金属光泽、颜色浅灰、有棱角、类似碎石块状。轻微时只有少数几个，严重时可布满整个断面，是一种粗晶沿晶断裂。见图3-13。石状断口表征钢材已经严重过热或已发生过烧，使钢的塑性及韧
10、性降低，特别是韧性降低尤为显著，钢材一旦出现石状断口，通常无法挽救。7. 层状断口层状断口也称木纹状断口，在纵向断口上沿热加工方向呈现出无金属光泽、凸凹不平、层次起伏的条带，条带中伴有白亮或灰色线条，类似劈裂的木纹，一般分布在偏析区内。层状主要是由于多条相互平行的非金属夹杂物的存在造成的，对钢的纵向性能影响不大，降低横向塑、韧性。8. 非金属夹杂物及夹渣断口在断口上呈现肉眼可见的灰白、浅黄、黄绿等颜色的非结晶的细条带状或块状缺陷，其分布无一定规律，在整个断口上均可出现。这种断口是由于钢液在浇注过程中混入渣子或耐火材料等杂质所造成的。非金属夹杂物是一种破坏金属基体连续性的缺陷。9. 黑脆断口这类
11、缺陷在断口上呈现出局部或全部黑灰色，严重时可看到石墨炭颗粒。黑脆缺陷主要由钢中发生石墨化造成的，石墨破坏了钢的化学成分和组织的均匀性，使淬火硬度降低，性能变坏。此种缺陷一般易出现在多次退火后的共析或过共析碳素工具钢中，或含硅的弹簧钢中，黑脆缺陷不能用热处理和热加工方法改善和消除。10. 缩孔残余断口缩孔残余断口在纵向断口的轴心区，呈非结晶构造的条带或疏松带，有时其上伴有非金属夹杂物或夹渣存在，淬火后试样沿着条带往往有氧化色。缩孔残余一般都产生在钢锭头部的轴心区，主要是钢锭补缩不足或切头不够等原因造成的。它有时会在一定长度的钢材中贯穿存在，属于破坏金属连续性的缺陷。11. 气泡断口在断口上呈内壁光滑、非结晶的细长条带，或呈现光滑的凹坑。按气泡出现位置分为皮下气泡断口和内部气泡断口两类。气泡主要是钢液中气体含量过多、浇注系统潮湿、锭模有锈迹等原因造成的，它属于破坏金属连续性的缺陷。