金屬材料缺陷對材料的影響

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?qū)饘俨牧系男阅墚a(chǎn)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(jié)。希望對大家認(rèn)識金屬材料的缺陷有一定的幫助。

首先金屬在從液態(tài)至固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程之中，由于氣體的溶解度急速降低。大概率會導(dǎo)致戮度較大的固態(tài)金屬滯留與氣孔內(nèi)難以溢出。而材料在受熱時縮孔與縮松的形態(tài)不同這就能夠?qū)е陆饘俦砻嫘纬蓹E圓形以及長條形的氣孔。氣孔成串狀分布孔內(nèi)常見有氫、氧、碳元素的化合物。按氣孔出現(xiàn)的位置分為內(nèi)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(fā)生的體積縮放如果不能被溶體直接補(bǔ)充，當(dāng)材料凝固完成后會出現(xiàn)孔洞，通過金相觀察可以明顯的發(fā)現(xiàn)顯微縮松。這些縮松孔很容易因?yàn)榧庸み^程之中應(yīng)力集中而形成裂紋，使得材料的機(jī)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(bǔ)縮不良，斷流；冷卻強(qiáng)度較大，澆鑄速度快；結(jié)晶器設(shè)計不合理，保溫帽太低、潮濕；合金結(jié)晶溫度范圍寬，流動性差等。

金屬偏析的現(xiàn)象主要是因?yàn)榻饘俨牧系幕瘜W(xué)成分在鑄造時呈現(xiàn)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(nèi)偏析主要表現(xiàn)為材料晶內(nèi)各部出現(xiàn)了化學(xué)成分不均勻的狀況，從性質(zhì)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(huán)境下使得原子充分的進(jìn)行擴(kuò)散也就是我們常說的擴(kuò)散退火。

宏觀偏析是指在金屬材料表面出現(xiàn)了上下不均勻的情況發(fā)生，當(dāng)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(fā)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(tài)。

夾雜物缺陷，主要因?yàn)榻饘僭嘏c非金屬元素夾雜。形成缺陷的原因是因?yàn)椋饘倥c非金屬夾雜物之中有明顯的缺陷。

按夾雜的性質(zhì)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(diǎn)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(nèi)生夾雜與外生夾雜。內(nèi)生夾雜可能以游離狀態(tài)或與基體金屬結(jié)合成化合物的狀態(tài)存在，也可能是多種雜質(zhì)的互相結(jié)合。

內(nèi)生夾雜中先析出的高熔點(diǎn)金屬化合物初晶或純金屬多呈規(guī)則的顆粒狀、塊狀、片狀或針狀，分布極不均勻。而低熔點(diǎn)金屬化合物則常沿晶界或枝晶軸間析出呈液珠狀、球狀、網(wǎng)絡(luò)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(tài)或破碎成更小的顆粒，呈斷續(xù)的鏈狀沿加工方向分布。

外來夾雜是在生產(chǎn)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(xué)組成和組織，因而在折斷口或切削加工時即可根據(jù)不同的色澤與受蝕情況被發(fā)現(xiàn)

金屬在凝固過程中產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋;凝固后產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。裂紋破壞了金屬的完整性，除少數(shù)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(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，最后導(dǎo)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(diǎn)相時，因金屬液態(tài)、固態(tài)收縮及凝固收縮受到阻礙，當(dāng)收縮應(yīng)力超過了當(dāng)時的金屬強(qiáng)度或線收縮大于合金延伸率時形成的。按出現(xiàn)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(cè)面橫裂紋等。熱裂紋多沿晶界擴(kuò)展，曲折而不規(guī)則，常出現(xiàn)分枝，裂紋內(nèi)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(shù)和高溫強(qiáng)度等)，澆注工藝和鑄錠結(jié)構(gòu)等方面。合金中某些元素及不溶性的低熔點(diǎn)雜質(zhì)能明顯增大熱裂傾向。半連續(xù)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(jié)構(gòu)看，截面尺寸越大，則愈易發(fā)生熱裂。

冷裂紋是在鑄錠冷卻到溫度較低的彈性狀態(tài)時，若錠坯內(nèi)外還存在較大的溫差，則收縮應(yīng)力可能集中于某些薄弱區(qū)域。一旦應(yīng)力超過了金屬的強(qiáng)度和塑性極限，鑄錠將出現(xiàn)冷裂。冷裂紋的特征是多呈穿晶開裂，多呈直線擴(kuò)展，裂紋較規(guī)則、挺拔平直。冷裂紋往往由熱裂紋發(fā)展而來。

鑄造裂紋產(chǎn)生的直接原因是存在鑄造應(yīng)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(dāng)；合金本身有熱脆性，強(qiáng)度差；覆蓋劑或潤滑劑選擇不合理；結(jié)晶器、坩堝、托座、澆鑄管等設(shè)計不良，變形或安裝不當(dāng)。

鑄錠不同部位晶粒大小差異較大的現(xiàn)象稱為晶粒不均。

常見的有：扁錠結(jié)晶中心線偏離中心，兩側(cè)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(yán)重，局部粗大柱狀晶，局部晶粒細(xì)小;懸浮晶或其他異常粗大晶粒。

產(chǎn)生的主要原因：結(jié)晶器內(nèi)壁粗糙，結(jié)晶器變形，潤滑油涂料分布不勻;冷卻強(qiáng)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(jié)等。

（1）麻面

鑄錠表面的各種不平整現(xiàn)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(chǎn)生的主要原因是鑄造溫度低、速度慢；結(jié)晶器內(nèi)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(xiàn)尖銳狀金屬凸起現(xiàn)象稱為毛刺。

產(chǎn)生的主要原因是結(jié)晶器內(nèi)壁不光滑；空心鑄坯連鑄芯桿質(zhì)量不好。

（3）縱向條痕

鑄錠表面呈連續(xù)或斷續(xù)的縱向條狀凸起或凹陷稱為縱向條痕。

產(chǎn)生的主要原因是結(jié)晶器內(nèi)壁鉆有金屬或其他氧化物或其上產(chǎn)生磨損的凹槽；內(nèi)襯裝配縫隙較大。

（4）竹節(jié)

具有拉停工藝的連鑄坯，表面出現(xiàn)較大的周期性的凹凸現(xiàn)象稱為竹節(jié)。

產(chǎn)生的主要原因是拉停工藝不當(dāng)或者結(jié)晶器、模具變形。