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1、第十章低倍检验 第一节概述 本章主要叙述钢的热酸蚀试验、冷酸蚀试验、电解腐蚀试验、塔形车削发纹缺陷检验。 在金属材料的宏观检验工作中，酸蚀法是检验金属材料缺陷，评定金属质量的最常用方 法之一。酸蚀试验简单易行，一般不需要特殊设备，也不需要严格的试样制备工序。 在钢材生产和机器制造工业中，酸蚀试验常列为按顺序检验项目中的第一位。如果一批 钢材在酸蚀检验中显示出不允许有的缺陷或超过标准允许存在的缺陷时，则其它试验可不必 再进行。 因此，它亦是控制材料质量的一种有效方法。对于在生产过程中取样进行酸蚀试验， 如发现材料或零件有严重宏观缺陷时，可停止该批材料的加工与生产，避免造成更大的损失。 酸蚀和断口
2、检验， 都属钢的低倍宏观检验，虽然在很多情况下可以同时并用，相互补充， 但是各有其适用的范围。例如钢中发裂( 白点 ) ，在横截面酸蚀试样上能显示出发纹及其分布 位置，而在纵截面进行断口检验时，则显示出清晰的白点形貌。但显示枝晶、 流线和疏松等， 用酸蚀试验较为合适。钢的过热和过烧则在断口检验上最易发现。对于高碳工具钢一般要求 进行断口检验。 对韧性较大的结构钢要求进行热酸蚀检验。对于特殊用途或要求严格的钢材， 如滚珠轴承钢及弹簧钢等则要求作酸蚀试验和断口检验。 对于在使用中经受高交变重载荷的机器零件来说，钢材内部的纯净度必须保持在较高水 平，才能获得满意的疲劳寿命，因此用塔形试验检查发纹缺陷
3、成了重要手段。 第二节试样的制取 一、取样 酸蚀试样必须取自最易发生各种缺陷的部位。根据钢的化学成分、锭模设计、 冶炼及浇 注条件、 加工方法、 成品形状和尺寸的不同，一般宏观缺陷有不同的种类、大小和分布情况。 在钢锭的上部以及加工后相当于该部位的钢坯和钢材上，最容易有缩孔、疏松、气泡、 偏析等缺馅。 一般在上小下大的钢锭轧制方坯中，发现小头部位的缺陷较为严重，中部次之， 大头较轻。 因此国家标准 (GB226-77) 中钢的热蚀试验方法里规定，在接近于钢锭帽口部位取 样。 对于新设计锭模，用新浇注方法及冶炼新钢种时，最 好解剖钢锭进行酸蚀试验，以检验 各种缺陷的分布情况，然后再确定取样部位。
4、根据检验工作者的经验，一般在冒口以下一段 距离内组织比较致密，但在此以下又有两次收缩疏松现象。此时若限于在冒口下取样则不会 发现最严重的缺陷。 对于上大下小的钢锭底部，由于锭模涂料操作不当或涂层过厚，有时会发现锭外表面渗 碳，酸蚀后呈现黑斑。 同时该处气泡及硅酸盐夹杂也较多，所以此时也需要取底部坯材检验。 在研究工作中还曾发现靠近冒口一端的钢坯头部是非金属夹杂物最集中的地方。同时一炉钢 水浇注几个钢锭时， 在最初和最末的钢锭中发现宏观缺陷较多，故取样时必须考虑这些问题。 对于检验钢中白点或研究钢的白点敏感性时，如果在热锻或热轧时切取试样，其长度应 大于锻材或轧材厚度或直径的尺寸，并按规定程序进
5、行冷却。如对合金结构钢或滚珠轴承钢， 退火前应在室温放置24h 以上，对低碳合金钢则放置时间不少于48h，以保证白点有充分孕 育形成的时间，同时酸蚀面距坯端的距离应不小于其厚度或直径之半。 对于 检验材料的表面缺陷时，如淬火裂纹、磨削裂纹、淬火软点等缺陷，则应选择钢材 或零件的外表面进行酸蚀试验。 对于“失效分析” ，除了在失效部位选取试样外，还应在未失效的部位选取试样， 进行试验以资比较。 总之， 作低倍酸蚀试验的选样部位，应能代表整体为原则。但必须指出，试样非经 特别规定，均应在预先退火后再作酸蚀试验。因为硬化状态的试样在热酸蚀时会自行开裂， 这样就和原来存在的裂纹缺陷无法区分。在一般酸蚀
6、试样检验中，试样最好从钢坯上取，以 便酸蚀后容易发现缺陷。如果钢坯上无严重缺陷，则对钢材可不必再做此项检验。取样方向 应根据检验目的来定。一般检验， 多取横截面试样以便观察整个截面情况，若检验钢中流线、 应变线、条带组织，则应取纵截面的试样。 截取试样可用锯、剪切或切割等方法。小型试样也可用手锯或砂轮片切割，但无论采用 何种方法都必须保留一定的加工余量，以确保酸蚀试样面仍保持原来的组织状态。 一般检验面距切割面的距离：热锯时不小于5mm 。 剪切时不小于材料直径或厚度的1 2， 但不得小于20mm 。用氧乙炔气割时，一般不小于40mm ，最后把热影响区全部切除。 对于大型件，可在有代表性的局部
7、区域，经机械车、铣加工后，用橡皮泥作挡酸墙，然 后再作酸蚀试验。 二、试样的制备 酸蚀试样检验面的粗糙度应根据检验目的，技术要求以及所用侵蚀剂的反应强度而定。 根据实际情况与检验需要，可用不同的粗糙度试样，如锯切，或经车床加工，刨床加工，磨 床磨光等。如有必要，也可用砂纸细磨。通常表面粗糙度达Ral.6 m即可满足要求。在特 殊情况下，较细的锯切面也可使用，只有在检查较细的组织及缺陷时则需研磨或抛光。 关于检验面的粗糙度，有以下几点作参考。 锯切加工面可用于检验较大气孔、严重内裂及疏松、缩孔、 较大的外来非金属夹杂 物等缺陷。 粗、细车削加工通常用于检验小气孔、疏松，夹杂物，树枝状结晶组织、淬
8、硬层深度、 偏析、流线等。 磨床磨光面一般用于检验钢的渗碳层和脱碳层深度、带状组织、 晶粒度、 磷偏析和应变 线等宏观组织。显示这些组织的通常方法是用较弱的侵蚀剂在冷状态下侵蚀。 经验证明， 当车床刀具在试样面上的压力及速度过大时，金属的流变对宏观缺陷，如气 孔、夹杂、偏析、发纹及裂纹等会引起不同程度的掩盖作用，降低其鉴别率。因此不能用高 速切削法制备宏观检验试样。 在研究工作中若检验面需要精磨或磨光时，小型试样可在金相抛光机上进行。一般试样 可用手工操作法，在垫平的砂纸上研磨。大型试样则最好将试样面朝上平放，用卷上砂纸的 直尺来磨光，也可以在钻床上，用带有砂纸的轮盘来加速磨光。用砂轮研磨时，
9、如压力过大 会导致试样温度升高，造成局部灼热现象，使试样在侵蚀后出现与砂轮加工方向一致的白色 难蚀或黑色易蚀条及斑痕，这种现象易被误认为严重层状组织成其它缺陷。 第三节热酸蚀试验 一、酸蚀试验的简单原理 酸蚀试样的腐蚀属于电化学腐蚀范畴。 由于试样的化学成分不均匀，物理状态上的差别， 各种缺陷的存在等因素，造成了试样中许多不同的电极电位，组成了许多微电池。微电池中 电位较高的部位为阴极，电位较低的部位为阳极。阳极部分发生腐蚀，阴极部分不发生腐蚀， 当酸液加热到一定温度时，这种电极反应更加速进行，因此加快了试样的腐蚀。 二、酸蚀试验的设备 酸蚀槽：一般使用铸铅槽、耐酸搪瓷缸等，如果小型试样可用玻
10、璃烧杯。 加热器：用煤气或电炉均可加热。 中和槽：配制工业纯碱（Na2CO3）浓度为 3-5%的稀碱水，用来中和酸蚀后试样上的残留 酸液。如做小型试样，该项设备可不用。 冲洗槽：一般装有自来水的水槽就可以了，用此槽来冲洗试样。 冲洗刷：用来刷洗试样表面的腐蚀产物，一般市售尼龙刷即可。 沸水具：用来冲淋试样表面，使之快速蒸发。 吸湿布：一条干燥整洁且无颜色的毛巾，用它来揩吸试样表面上的水迹。 电吹风机：用热风吹干试样，以防生锈。 三、热蚀试剂 用于热酸侵蚀的试剂较多，且均能达到侵蚀的目的，为达到试样表面上最佳清晰度，酸 蚀试剂应该具备下列条件： 能清晰地显示出材料中的低倍宏观组织和缺陷。 侵蚀试
11、剂的配制要简便，在腐蚀过程中酸液的性质要稳定，其浓度不应有大的变化，酸 液与钢的作用不应过剧或过缓。 在使用过程中，挥发性小，空气污染要小。 按照上述三个原则，表 101 列出几种常用的热蚀试剂。根据试验要求， 可选择合适的 试剂进行钢的热蚀试验。 四、热蚀温度和时间 热蚀温度对显示结果有很重要影响。温度过高， 侵蚀剧烈， 酸液容易挥发且试样被整体 腐蚀，降低了对不同组织和缺陷的鉴别能力。温度过低，则反应迟缓，侵蚀时间要延长。因 此，对不同的钢种，有其不同的侵蚀温度范围。 表 101 几种常用的热蚀试剂 侵蚀温度确定之后，侵蚀时间要根据钢种、检验要求和试样被侵蚀面的粗糙度来确定。 一般来讲，
12、碳素钢需要时间短些，合金钢需要时间长些；高合金钢需要时间更长些。 检验一般的低倍组织和缺陷，试样加工面可以粗些，但所需侵蚀时间也就更长些，对较 细微的低倍组织和缺陷，被检验面要细些，侵蚀时间也相应短些。表 102 列出了一些常用 钢种所需温度和时间，供参考。 一般根据实践经验，在侵蚀接近终了时，先将试样取出冲洗，观察其是否达到要求的 程度。如果侵蚀尚浅， 可继续侵蚀； 若侵蚀过度， 就必须将试样面重新加工后才能重复侵蚀。 表 10 2 不同钢种试样热蚀所需温度与时间 五、热蚀操作过程 首先将配制成的酸液放入酸蚀槽内，并在加热炉上加热，将已加工好的试样，用蘸有四 氯化碳的棉花将其油污擦洗干净，用
13、塑料粗导线将试样扎好，使试样面向上， 然后将试样置 于规定温度的酸液槽内热蚀；到温后，开始计算侵蚀时间，到时间后将试样从酸液中取出。 如果是大型试样，可先放入碱溶槽里作中和处理，如果是小试样， 可直接放人流动的清水中 冲洗。 试样面上的腐蚀产物可用尼龙刷或软毛刷在流动的清水中刷掉，用事先准备好的沸水喷 淋试样， 并快速用干净且无颜色的热毛巾将试样立即包住，随后打开毛巾， 用电热风机将试 样面上的残余水渍吹掉。 如果试样面上存有水渍或其它污垢，应放回侵蚀槽中进行侵蚀或用稀盐酸擦洗，然后再 取出重新冲洗吹干。 经过上述操作的试样即可用肉眼或放大镜进行检验。必要时， 可立即照相记录。如果以 后要进行
14、复查或作其它用途，则将试样存放在干燥器中，或在试样面上涂一层油脂，以防生 锈。 六、热蚀试验注意事项 配制酸液时， 必须按照配制化学试剂原则，先配制水，再缓慢地加入酸。切不可将 水倒人酸中，以免发生酸液溅伤操作者。 酸液应保持在规定的温度范围内，不能过高或过低。温度过高会使酸的挥发加剧， 从而降低酸液浓度，致使酸液的腐蚀作用减弱。酸液温度过低，会使腐蚀作用减缓，延长试 验时间。 热蚀时间过长， 会造成试样面过腐蚀，从而使试样重新加工后再次热蚀。热蚀时间过短， 使钢材中存在的缺陷不易显露出来，致使某些缺陷漏检。 连续使用五次以上的酸液，必须补充新液， 否则因酸液的陈旧或过脏影响试验的正常进 行。
15、 试样面的粗糙度愈细，侵蚀后的效果愈好。若试样面粗糙度粗，则钢中存在微小的缺陷 不易显示，使整个试样面上的宏观组织不能得到全面反映。 在流动清水中冲洗热蚀后的试样时，应均匀洗刷试样面上的腐蚀产物，否则会在试样面 上留下因洗刷不匀而引起的覆盖层。 热蚀试验操作， 应在通风场地或装有通风设备的房间里进行，以免影响操作者的身体健 康。 第四节冷酸蚀试验 冷酸蚀也是显示钢的低倍组织和宏观缺陷的最简便方法。由于这种试验方法不需要加热 设备和耐热的盛酸容器，因此特别适合于不宜切开的大型锻件和外形不能破坏的一些大型机 器零部件。 冷酸腐蚀对试样面的粗糙度要较热酸腐蚀高些，一般要求其粗糙度达Ra0.80 m
16、。 酸蚀的时间以准确、清晰显示钢的低倍组织为准。 冷蚀法可直接在现场进行，比热蚀法有更大的灵活性和适应性。唯一缺点是显示钢的偏 析缺陷时， 其反差对比要较热蚀效果差一些，因此评定结果时，要较热蚀法低1 级左右。除 此之外，其它宏观组织及缺陷的显示与热蚀法无多大差别。 一、冷蚀试剂 冷蚀试验用的试剂较多，常用的冷蚀液配比和适用范围见表103。 表 103 几种长用的冷蚀试剂 二、冷酸侵蚀法操作过程 首先用蘸有四氯化碳的药棉清洗试样，除去试样表面和四周的油污，然后将试样置入冷 蚀液中，试样面向上且被冷蚀液侵没。 侵蚀时要不断地用玻璃棒搅拌溶液，使试祥受蚀均匀。到时间后， 试样自冷蚀液中取出 并置于
17、流动的清水中漂洗。与此同时用软毛刷洗刷试样面上的腐蚀产物。如果试样面上的低 倍组织和缺陷未被清晰显示，试样仍可再次置入冷蚀液中继续腐蚀，直至显示出清晰的低倍 组织和宏观缺陷为止。 清洗后的试样用沸水喷淋并用无色的干热毛巾包住吸水，然后再用电热吹风机吹干试 样。经上述处理的试样就可用肉眼或低倍放大镜观察，并按照相应的评级标准进行评级。 三、冷酸擦蚀法操作过程 此方法特别适用于现场腐蚀和不能破坏的大型机件，具体操作过程如下： 试样表面的清洗方法如同前述，这里不再重复。 取一团干净棉花并蘸吸冷蚀液，不断地 擦蚀试样面， 直至清晰地显示出低倍组织和宏观缺陷为止。随后用稀碱液中和试样面上的酸 液，并用清
18、水进行冲洗。最后用酒精喷淋试样面，使其迅速干燥。 干燥后的试样面即可用肉 眼和低倍放大镜进行检验和评定。 第五节电解腐蚀试验 电解腐蚀试验是近年来发展起来的，它不同于酸的热蚀试验和冷蚀试验，其操作简单， 酸的挥发性小和空气污染小，特别适用于生产钢材厂的大批量大型试样试验。 一、电解腐蚀的简单原理 钢在电解液中的腐蚀过程，实际上也是一种电化学反应。从本质上讲， 由于钢材在结晶 时产生的偏析、 夹杂、气孔、组织上的变化及析出第二相等，使得金属表面各部分的电极电 位不同， 因此在电解液中这些不均匀性便构成了一种复杂和多极的微电池，其反应如同试样 在盐酸溶液中的腐蚀过程一样。其差别只是试样在外加电压的
19、条件下，试样面上各部位的电 极电位有了改变，试样面上的电流密度也随之改变，这样便加快了腐蚀速度，达到了电解腐 蚀的目的。 二、电解腐蚀装置 电解腐蚀设备主要由变压器、电极钢板、电解液槽、耐酸增压泵等组成。 变压器的输出电压小于20V。电流在0500A或 0-1000A 内调节。 电解液槽是用耐蚀的硬塑料制成的。为使酸液有效地保存和使用，在电解槽底下再安装 一个盛酸液的储存槽，使用时，通过增压泵将下面的储存槽内酸液压入上面的电解槽内。 电解槽内安放两块普通碳素钢为阴极，大小及厚薄视电解槽大小和被电解腐蚀试样（阳 极）大小而定。电极板通过导线连接到变压器上。 为了能显示输出的电压和电流，在电路中串
20、联和并联电流表及电压表。电解腐蚀设 备示意图如图101 所示。 图 101 电解腐蚀设备示意图 1 一酸槽， 2 一电极钢板 3一试样 三、电解腐蚀操作过程 配制 15-20%容积 44 的工业盐酸水溶液，电解液的温度为室温。 使用电压小于20V，电流密度为0.1 1Acm 2。 电解腐蚀时间以准确显示钢的低倍组织及缺陷为准，一般约5-30min 。 试样放在两阴极板间，沿阴极板可排成数行，腐蚀面要平行于阴极板, 试样面间距不小 于 20mm 。 试样放置完毕，酸液经增压泵进入电解槽，并且酸液要完全淹没试样为止。 通电后，试样即开始腐蚀，切断电源反应即停止。如果试样电蚀过浅可继续通电进行。 经
21、电蚀后的试样放在清水中冲洗，并用软刷子清除试样表面上的腐蚀产物，随后用工业 酒精喷淋试样面，并用电热风机吹干试样，最后进行检验和评定。 必须考虑的是， 电解腐蚀法所得到的宏观组织反差程度较低，一般要低1 级左右， 在按 标准评定级别时应予以修正。 四、电解腐蚀法和热酸腐蚀法的差别 电解腐蚀法主要用于工厂大型钢材(坯 ) ，及大批量的试样检验。而热酸腐蚀法主要用于 小批量的试样，试样不论大小均可进行试验。 热酸腐蚀法为了使金属腐蚀过程加快，一般要求升高酸液的温度和增加酸液的浓度，但 过高的温度会降低氧在酸中的溶解度，使化学过程中吸氧反应受到阻碍，金属的腐蚀就会变 慢。因此对某些耐蚀钢作热蚀时，需
22、要在酸液中加入硝酸和强氧化剂。 电解腐蚀法在一定外加电压下，试样各部位的电极电位有了改变，试样的腐蚀速度主要 取决于试样面所受电流大小。当试样面上的电流密度较大时，其腐蚀速度加快。试样经电蚀 后的结果与热蚀后的结果相同，只是宏观组织反差小些。因此，电解腐蚀法有省时、省酸、 操作条件好等优点，但显示的宏观组织清晰度略差些。 电解腐蚀法比热酸腐蚀法的酸液使用周期长。一般热酸液使用五次后，就要添加新鲜酸 液，而电解腐蚀法的酸可连续使用。并且热酸蚀溶液经使用后有金属盐析出，导致了酸液浓 度降低。 电解腐蚀中试样面有局部不受腐蚀的现象，这种情况可能是试样面与电极板放置的方向 有关， 使得电蚀效果变差。在
23、实际操作中，为了消除腐蚀程度差别，可将试样旋转一定角度 再作电蚀。 第六节钢的低倍组织及缺陷评定 一、钢的低倍组织及缺陷评级适用范围 关于低倍组织及缺陷评级图在有关标准书刊中可以找到，这里不进行叙述。 钢的低倍组织及缺陷评定适用于碳素钢、合金结构钢、弹簧钢等钢材( 坯) 。 不同钢材 ( 坯) 低倍组织及缺陷在试样表面上的形态不完全一样，因此在判断缺陷性质时 应作具体分析。 低倍组织及缺陷应以肉眼可见为限，在辩明缺陷性质时，也可以借助放大镜。 根据钢材 ( 坯) 尺寸及缺陷性质，可参照低倍金相标准中的三套标准评级图进行评定。 评级图一： 用以评定直径边长为40150mm 圆、方钢， 其低倍组织
24、和缺陷形态分下列五 种。 一般疏松 1-4 级； 中心疏松 14 级； 一般点状偏析14 级； 边缘点状偏析14 级； 锭型偏析14 级。 评级图二：用以评定直径或边长大于150250mm 圆、方钢，其低倍组织及缺陷形态分 为下列五种。 一般疏松 14 级； 中心疏松 14 级； 锭型偏析 14 级； 一般点状偏析1 一 4 级； 边缘点状偏析14 级； 评级图三：用以评定直径飞边长为40250mm 圆其低倍组织及缺陷形态分为下列八种。 皮下气泡； 内部气泡； 非金属夹杂； 异金属夹杂； 缩孔残余 13 级； 翻皮 13 级； 白点 13 级； 轴心晶间裂纹13 级。 对于直径或边长小于40m
25、m和大于 250mm 的圆、方钢及扁钢的低倍组织及缺陷，根据供 需双方协议也可参照上述评定级别进行评定。在评定各类低倍组织及缺陷时，当轻重程度介 于相邻两级之间时，可上浮半级，当试样面上的缺陷所占面积百分率超过现有标准级别时， 则其级别还要向上浮动。对于不要求评定级别的缺陷，只判定缺陷类别。 二、钢的低倍组织及缺陷的特征、评定原则、产生缺陷的原因以及解决或改善缺陷的 方法 1一般疏松 ( 见图 102)。 图 10 2一般疏松图 103中心疏松 (1) 特征在酸蚀试样表面上表现为组织不致密，呈分散的暗点状和孔隙，暗点多呈圆 形或椭圆形。 孔隙在放大镜下观察，为不规则的空洞或圆形针孔。这些暗点和
26、孔隙一般出现 在粗大的树枝状晶主轴和次轴之间，疏松区发暗而轴部发亮。当亮区和暗区的腐蚀程度差别 不大时则不产生凹坑。 (2) 产生原因钢液在凝固时，结晶核心以树枝状晶形式长大，在树枝状晶主轴和次轴 之间存在着由于钢液凝固时产生的细微缩孔和析集一些低熔点组元，气体和非金属夹杂物； 这些细微缩孔和析集的物质经酸蚀后呈现组织疏松。 （3）危害性一般疏松在材料内部分布区域较广，且孔隙和小孔又较偏聚时，将明显 地削弱钢的疲劳强度和其它机械性能，同时增大钢在锻造时的开裂倾向。 （4）评定原则根据分散在整个截面上的暗点状和孔隙的数量、大小及它们的分布状 态，并考虑到树枝状晶的粗细程度而定。 (5)改善或消除
27、一般疏松缺陷的方法快速结晶，使树枝状晶得不到充分的发展并减少 钢中夹杂物和气体。 2.中心疏松 ( 见图 103) （1）特征在酸蚀试样面上的中心部位呈集中分布的孔隙和暗黑点。它和一般疏松的 主要区别是存在于试样中心部位而不是分散在整个截面上。 （2）产生原因钢液凝固时体积收缩引起的组织疏松及钢锭中心部位因最后凝固使气 体析集和夹杂物聚集所致。 （3）危害性严重地影响钢材的锻造性能，易使钢材在锻造、冲孔时产生开裂。 （4）评定原则以暗黑点和孔隙的数量，大小及密集程度而定。 （5）改善和消除中心疏松的方法除在冶炼时减少钢中气体及杂质外，主要是改进浇 注工艺，例如采用小锭浇铸或加大冒口等措施。 3
28、. 皮下气泡 ( 见图 104) 图 10 4皮下气泡图 10 5内部气泡 (1) 特征在酸蚀的试样面上，于皮下呈分散或成簇分布的细长裂纹或椭圆形气孔。细 长裂纹多数垂直于钢材表面，有时呈一定的角度，这主要取决于热加工情况。 (2)产生原因由于钢锭模内壁清理不良或预热温度不够等，造成钢液在浇注时发生氧 化而形成气体留于钢锭表面的皮下。 (3) 危害性在钢材热轧时易形成隙纹等缺陷，并影响表面粗糙度。 (4)评定原则测量气泡离钢材( 坯) 表面的最远距离及试样表面直径或边长的实际尺 寸，然后按如下等级评定。 1级，距表面皮下直径的l 处发现有气泡； 2级，距表面皮下直径的1-2 处发现有气泡； 3
29、级，距表面皮下直径的1-3 处发现有气泡； 4 级，距表面皮下直径的3-5 处发现有气泡； 5 级，距表面皮下直径的5-8 处发现有气泡。 对于碳素结构钢来说，允许深度小于直径的3，工具钢允许小于直径的2。 (5)消除皮下气泡的方法加强原材料、耐火材料及出钢槽、盛钢桶的烘烤工作，同时 做好钢锭模的刷锈清洁工作。炼钢时， 加强钢水沸腾除气。控制好钢液的浇注温度和浇注速 度，模壁涂料水分要少，保护渣要干燥。 4.内部气泡：（见图 105) (1)特征在酸蚀试样面上呈直线或弯曲状的不等长度裂纹，其内壁光滑，有的伴有微 小可见夹杂物。 (2)产生原因由于钢中含有较多气体所致。 (3) 评定原则镇静钢钢
30、材内部不允许出现这种缺陷，如出现这种缺陷的钢材予以报 废。 (4) 消除内部气泡的措施在冶炼时，作好钢水沸腾工作并对原材料、炉膛、钢包、出 钢槽等设备进行烘烤。 5.锭型偏析 ( 见图 106) 图 10 6锭型偏析图 107 边缘点状偏析 (1)特征在酸蚀的试样面上呈现原锭型横截面形状的框带，一般为方形，有时稍有变 形，其颜色较周围略深，这是由腐蚀后的点状孔隙组成的。 (2)产生原因 钢锭结晶过程中，受结晶规律的影响，由柱状晶区与中心等轴晶区的交界处成分偏析和 杂质聚集所造成， 如经锻造加工， 这一框带形式的偏析又因加热时间短或锻轧变形较小未被 消除而残存于钢中。 （3) 危害性严重影响钢的
31、强度和韧性，明显地降低钢材的横向强度，造成钢的各向异 性。同时在锭型偏析严重处，其熔点要比一般正常区域低，因此在热加工时稍不注意，容易 在析集处形成半熔化状态，造成局部过烧，受力后易发生开裂。 (4)评定原则 根据方框形区域的组织疏松程度和框带的宽度来评定级别。 (5) 改善锭型偏析的方法在锻造前，先进行高温扩散退火处理，如要彻底消除锭型偏 析，除提高钢的纯净度外，对浇注工艺也要进行改进，使钢中的低熔点组元和易形成偏析的 元素尽可能均匀分布在钢中或上浮至冒口处。 6点状偏析 ( 见图 107、图 108) （1）特征在酸蚀试样面上呈不同形状和大小不等的暗色斑点。不论斑点与气泡是否同 时存在，
32、这种缺陷统称为点状偏析，当斑点存在于试样面的边缘时称为边缘点状偏析，当斑 点分散分布于整个截面上时称为一般点状偏析。 （2) 产生原因一般认为是结晶条件不良造成的。钢液在结晶时，由于冷却速度较慢产 生成分偏析。当钢中存在气体和大量夹杂物时，会加剧这种偏析程度。 (3)危害性降低钢的塑性和疲劳强度，严重时，使钢在锻造时容易产生开裂。 (4)评定原则以斑点的数量、大小和分布情况而定。 (5)改善点状偏析的方法尽量选用小的锭模浇注钢锭，适当降低钢锭模的温度，加快 钢液的结晶速度，尽量避免高温浇注。采用氧化法冶炼，使钢液充分沸腾，并选用干燥的原 料，减少钢中的气体含量。钢锭及钢坯在锻轧时，适当延长高温
33、区的保温时间，使钢中偏析 区的化学成分得到扩散并均匀分布。 7. 晶内偏析 ( 见图 109) 图 108 一般点状偏析图 109 晶内偏析 (1)特征在酸蚀试样面上呈现发达的树枝状晶，树枝状晶的主干和枝干呈灰白色，枝 晶间呈深暗色。 (2)产生原因在冷凝过程中，固相与液相的成分在不断地改变，并在同一晶内后凝固 部分与先凝固部分的成分也不同。愈近中心含高熔点的组元愈多，因此在合金凝固后，便在 晶内出现成分不均匀现象，这种偏析也称为树枝状晶内偏析。 (3)改善和消除晶内偏析的方法钢材通过长时间高温扩散退火，或在钢液中加入少量 稀土元素，使钢起到脱硫和产生晶核的作用，以达到改善枝晶偏析的目的。 8
34、.轴心碳偏析 (见图 1010) (1)特征在酸蚀试样面上，中心部位呈现易腐蚀的暗区。大多数暗区与基体有明显界 线，但有时暗区向外扩展，其颜色变浅，界线不清。 (2)产生原因由于操作不当，使石墨渣铺放不好，上升的钢液冲破石墨渣，把石墨粉 卷入钢中。在凝固时，保温帽内带有增碳的钢液填入收缩的空洞内，便产生这种缺陷。 (3)改善和消除轴心碳偏析方法浇注时，操作要稳妥，使锭内钢液平稳上升，至浇冒 口时，速度要慢，避免钢液波动。钢锭锻轧时，按规定切除切头部分。 9. 比重偏析 ( 见图 1011) 图 1010 轴心碳偏析 图 1011 比重偏析 (1) 特征在酸蚀试样面上呈现黑白分明的区域。 (2)
35、产生原因由于合金中组元的比重不同，如铅锑合金中( 室温时铅的比重为 11.34 ，锑为6.69) 二组元的比重相差悬殊，合金在凝固过程中，先结晶的晶体与余下的熔 液二者比重不同，由此形成了化学成分不均匀现象。 (3)改善比重偏析的方法比重偏析不可能通过热处理来消除，只能采取特殊的熔 炼或浇注措施 ( 例如快速浇注 ) 予以防止。 10. 缩孔残余 ( 见图 1012) (1)特征在酸蚀试样面的中心区域( 多数情况 ) 呈不规则的折皱裂缝或空洞，在其上或 附近常伴有严重的疏松、夹杂物和成分偏析。 (2)产生原因由于钢液在凝固时发生体积集中收缩，一般产生在钢锭冒口处，因未彻 底切除而残留在钢材中。
36、 (3)评定原则以中心区域出现的缩孔大小及贯穿整个钢材的程度而定。 (4)改善和消除缩孔残余的方法在钢锭模上加保温帽，并向保温帽中加发热剂，以期 保证钢液在结晶时发生体积收缩从保温帽内的钢液得到补充。采用上大，下小锭形的钢锭模， 选择适当的锭模锥度和高宽比，使钢液从下到上，从外到里进行冷凝。选择适当的浇注温度 和浇注速度。 11. 翻皮 ( 见图 1013) 图 1012 缩孔残余图 1013 翻皮 (1) 特征在酸蚀试样面上，呈亮白色弯曲条带，并在条带上或其周围有气孔和夹杂物 存在。有的呈不规则的暗黑线条，有的是密集的孔隙和夹杂物组成的条带。 (2)产生原因在浇注过程中，钢液表面生成的一层氧
37、化物膜翻入钢液中，在凝固前未 能浮出而夹入其中所造成。 （3）评定原则以试样面上出现的部位为主，并考虑翻皮的长度。 （4）消除翻皮的方法提高钢锭模质量，保持锭模内壁平整。选择合适的浇注温度和浇 注速度。采用发热渣、石墨渣保护浇注。 12.白点 ( 见图 1014) (1)特征在酸蚀试样面上，为锯齿形的小裂纹，呈放射状或不规则形态分布。在纵向断 口上，依其位向不同呈圆形或椭圆形银白色点状。 (2)产生原因钢中含氢量高，经热加工后并随后的冷却和存放过程中，固溶氢溶解度 随温度下降而降低，因此增大了组织应力和氢聚集应力而造成裂纹。 (3) 危害性白点缺陷的存在将严重降低钢的塑性、韧性和疲劳强度， 同
38、时使材料变脆。 因此白点是钢中不允许存在的缺陷。 (4)评定原则以裂纹的长短、条数而定。 (5)防止白点缺陷的方法选用干燥的原材料，对石灰石、荧石等要烘烤后才能使用， 同时对出钢槽及盛钢桶在使用前也应烘干。 冶炼时要加强氧化沸腾操作，促使氢气从钢液中逸出或采用真空浇注和炉前真空除气处 理，使氢降低到最低限度。 对具有 白点敏感性的钢种。在锻轧加工后，采用缓冷或退火扩氢处理。 13. 轴心晶间裂纹（见图1015） 图 1014 白点图 1015 轴心晶间裂纹 (1) 特征在酸蚀试样面上，呈现蜘蛛网状或沿晶间呈放射状的细小裂纹。 (2)产生原因 钢锭在凝固期，边缘部位对中心产生较大的拉应力，并在其
39、中心部位富集多量的气体， 夹杂， 故裂纹沿脆弱的晶界形成。这种裂纹一般出现在钢锭的中上部，浇注温度过高也易形 成这种裂纹。 (3)评定原则根据酸蚀试样面上晶间裂纹的分布和明显程度及裂纹的条数和长短来评 定。 (4)消除晶间裂纹的方法采用适当的浇注温度和速度，用锥度较大的锭型来浇注。对 容易产生轴心晶间裂纹的钢种，可在浇注后高温脱模，并随之装入退火炉或保温坑内缓冷。 浇注时对钢液进行真空除气处理。 14异金属夹杂物( 见图 1016) (1) 特征在酸蚀试样面上，其颜色与基体组织不同，并无一定形状的金属块。有的与 基体组织有明显界限，有的界限不清。 (2)产生原因冶炼时操作不当，合金料未完全融化
40、或浇注系统落入外来异种金属块所 致。 （3）防止异金属缺陷的方法严格操作规程，清整生产场地。 15. 非金属夹渣（见图1017） 图 1016 异金属夹杂物图 1017 非金属夹渣 （1）特征在酸蚀试样面上呈不同形状和颜色的颗粒。 （2）产生原因在冶炼或浇注系统中落入耐火材料等，留在钢液中所致。 （3）危害性这类 非金属夹渣大多为硅酸盐类夹杂，在热加工时，将严重影响锻造性 能，同时还使钢变脆，显著地降低钢的塑性并使焊接性变差。在热处理时， 也易使零件开裂。 具有这种非金属夹渣的钢件在使用中，很容易成为疲劳破坏的根源。 (4)评定原则如用肉眼观察到许多孔隙或孔洞时，而未发现明显的夹杂物或夹渣，则
41、 不应评为非金属夹杂物或夹渣。但对质量要求较高的钢，建议补充做金相检验。 16. 粗晶 ( 见图 1018) 图 10 18 粗晶 粗晶在酸蚀试样面上易于辨认。一般认为， 粗晶表示热加工不当，或未能将原钢锭中的 粗晶粒破碎 。在试样面上个别部位发现粗晶时，则一般表示锻轧加热时，由于某种原因，使 局部过热。当过热严重时，试样面上出现粗大网络状组织。 17. 折叠 ( 见图 1019) 折叠是一种钢材表面缺陷，在热锻轧过程中选附在钢材上。这是由于轧辊孔型设计不良， 模具损坏或轧制操作不当，生成耳子，在继续轧制时选合而成。 在酸蚀试样面上，折叠缝和钢材表面成一定角度斜交。其附近有严重的脱碳现象，折叠 缝内常夹有氧化物。折叠处颜色较其周围为浅。 18流线 ( 见图 1020) 流线是指钢中夹杂、树枝状偏析、 气孔、 疏松等缺陷沿加工方向延伸形成细长条纹的宏 观组织。 在纵向酸蚀面上，表现为和锻轧延伸方向平行，颜色不同的条纹。 图 1019 折叠图 1020 流线 复习题 1、 一般疏松、中心疏松、锭型偏析的特征，危害及评定原则是什么？ 2、 轴心碳偏析的产生原因及特征？ 3、 试述酸蚀试验的重要性？常用的酸蚀试验方法有几种？ 4、 试述热酸蚀和冷酸蚀的操作步骤？