浅析钢材的内部缺陷及其对热处理工艺和性能的影响
钢铁热处理缺陷的分析
钢铁热处理缺陷的分析摘要:本文对钢铁进行热处理时常见缺陷进行了分析,也列举了若干个实例,以及避免缺陷出现的措施.关键词:过热淬火开裂热处理是很多机械零件在加工过程中要经历的一道工序.热处理一般分为三个阶段,即加热保温,冷却.在为了进行热处理而进行加热的初期,一般会出现如下一些问题:1.当零件加热过快时,尤其是大型零件,其表面温度快速升高,发生热膨胀,而内层温度升高缓慢,热膨胀与表层不同步,产生热应力;2.零件加热温度过高或者保温时间过长时,零件会发生显著的氧化,脱碳,甚至过烧3.用导热性差的纲制造的零件,当没有加热透就进行塑性加工,则零件的中心部位会产生裂纹;4.如果零件仅从一边或局部强烈地加热,会出现加热不均匀的现象;下面逐一进行分析:一.加热初期产生缺陷如果开始加热时,加热速度过快或者非整体加热,产生的缺陷会导致零件的损坏.例如,某传动装置中的小齿轮轴,材料是铬钼纲50crmo,在不大的弯曲应力作用下,仅仅使用了三个月,就破坏了.为了修理,在轴的中心加工了一个孔,发现在该轴内部还有第二个裂纹.破坏是从这第二个内部裂纹扩展到大部分断面的.以这个内部裂纹为起源.在使用载荷作用下,产生了两个疲劳裂纹.对该轴作纵断面的抛光检查,发现破坏的起始点是具有带状偏析的地方.这种带状偏析在大型锻件中经常出现,原因就是加热速度过快,原子没有来得及扩散均匀.在超载的情况下,偏析组织强度低,承受不住载荷的作用,产生了裂纹而使得齿轮轴破坏.某钢制厚壁容器,调质后在u型内侧的圆角处作为起点,产生了纵向裂纹.在容器的横断面的抛光面上进行鲍曼试验,证实容器的纯度很高.在裂纹及其附近可以明显地看到氧化皮,以及脱碳的现象.根据这个现象倒推,氧化皮和脱碳是在热处理(调质)时出现的.容器是在冷的状态下装进淬火炉的.加热过快,膨胀不一致导致产生了裂纹.对容器打孔是为了阻止薄弱区域的延伸,但是反而加剧了应力的集中.应该在热处理以后再打孔才是适宜的.用31CrMoV钢制的渗氮活塞杆,热处理后矫直时产生了破裂.根据裂纹的颜色,剖开后观察,活塞杆先是产生了纵向的弯曲裂纹,矫直时该弯曲裂纹进一步扩展,才最终造成了活塞杆的破坏.通过表面腐蚀可以看到,活塞杆的破坏处,有加热留下的小点状,这些小点状是调质组织发生了变化,析出了铁素体.由此可知,活塞杆矫直时的加热,温度超过了750度,氮化物聚集成球状,导致表面硬度有比较大的降低.总之,为了矫直活塞杆而对活塞杆进行快速加热的方法是不合适的.渗氮层回火到500度以下是稳定的.所以,矫直时,在低温下进行均匀的加热,是允许的.另外,一般对渗氮的零件,不需要矫正.原因是渗蛋温度比较低,渗氮后冷却也慢,所以残余应力小,能够防止零件产生变形.当然,在实际操作中,有些细节要加以注意,就是当零件装入渗氮炉时,要注意别使应力增加,要防止零件因自重而造成弯曲,最好在炉中吊装零件.尤其是高速钢,因为其导热型差,传热慢,在锻造和淬火时,必须进行整体缓慢而充分地加热.二.加热后出现氧化皮加热时零件表面通常都会产生氧化皮,如果只是在一定范围内,而且只是在加热时产生,一般不认为是损害事故,虽然零件表层因为氧化而失去了大量的金属.氧化皮的厚度随着时间以抛物线的规律增加.炉中的多种气体,不论是过剩的氧,还是二氧化碳,还是水蒸气,都可以发生氧化反应形成氧化皮,尤其是硫化氢会促进氧化皮的产生.氧化皮出现以后,可以通过酸洗去掉,也可以通过机械加工去除.但是也有特殊情况.就是,含铜的钢,用酸洗的方法很难除去氧化皮,而且还会使零件表面产生缺陷.城市煤气不含水蒸汽,氧很少,如果燃烧时温度高,工件表层容易形成鳞片层.原因是氧侵入奥氏体晶界,并与金属原子结合所致.宏观上,鳞片层呈桔皮状或者鳄鱼皮状,工件进行热锻或者冷塑性加工,表明附近很容易形成初期裂纹.如果钢中成分含有铜,会更严重.解决办法是,避免长时间加热及过热,把气体中氧的浓度控制在百分之一到百分之二,以及钢中含铜尽量低.如果加热温度过高或者时间过长,则会形成粗大的晶粒,并在晶界上析出微小氧化物,锻造时会造成开裂.这种现象称为过烧.过烧与过热不同,过烧不能通过热处理进行改善,只有通过热锻才可以消除.某钢丝直径5.8毫米,铅浴淬火后的组织发生了晶界氧化,拉拔时开裂.此钢含有0.16%的铜.最外面包围着条状奥氏体晶界,显微镜下呈褐色,是非金属夹杂物.开裂的原因正如上面的分析.某耐热钢15Mo3制成壁厚9毫米的无缝热拉锅炉水管,管子内填充沙子,进行热弯曲变形,拉拔生成的纤维组织处,产生了很多裂纹.分析其化学成分,碳0.13%,硅0.17%,锰0.53%,磷0.032%,硫0.022%,钼0.26%,以及无意添加的铜0.26%.管子的弯曲部分是含微量铁素体的粗大晶粒组织,管子的直线部分是铁素体加细晶粒的朱光体,所以导致弯曲时强烈过热了,并在表明附着了较多的鳞片组织,鳞片层下的铁中,有金属铜的析出,在母相附近的亚表面,有氧化物析出,也有细小的铜的析出,析出的氧化物沿着奥氏体晶界,深度达到3毫米.这种表层深处发生过烧并伴随铜的析出的缺陷被称为红热脆.三.加热后开裂某沸腾钢抗拉强度大于370兆帕,其使用无温控的锻造设备,钢棒发生过烧,把钢棒锻出刀刃时产生开裂.沿刀刃垂直剖开,晶粒很粗大,开裂发生在夹杂物覆盖的奥氏体晶界处.由此可以看出,刀刃在锻后淬火了,由于钢棒晶粒较粗,尽管含碳量不高,只有0.17%,锻后冷却时组织还是全部变成了马氏体.小结:钢铁产品进行热处理是非常普遍的,也非常重要,所以,在操作过程中,要特别注意预防各种缺陷,以免出现不必要的损失和浪费.。
钢内部组织及对钢性能的影响
钢内部组织及对钢性能的影响钢是由铁和一定比例的碳组成的合金材料。
它的内部组织对钢的性能产生了重要影响。
钢的内部组织主要包括晶粒、杂质、孪晶和相结构等。
首先，晶粒是钢材内部组织的基本单位。
晶粒是由原子构成的，其大小和形状对钢的性能有重要影响。
晶粒越细小，钢材的强度和韧性通常越高。
这是因为细小的晶粒使得晶界面积增加，晶界是材料中的弱点，对晶体的外部应力起强化作用，从而提高了钢材的强度。
此外，小晶粒也能阻碍晶体的滑移和移位，增加了材料的韧性。
其次，杂质是影响钢性能的重要因素。
杂质包括各种非金属元素和气体，例如硫、磷、氧等。
这些杂质会导致钢材的焊接性、韧性和脆性发生变化。
例如，过多的硫和磷会造成热脆性，降低钢的韧性。
氧化物杂质会导致钢材的剥离、气泡等缺陷，降低钢的强度和韧性。
孪晶是一种特殊的晶界结构，在钢材中具有重要影响。
孪晶是指在塑性变形过程中，晶体沿着特定的输运方向发生薄穗形变而形成的细小晶粒。
钢中的孪晶具有高应力集中和位错富集的特点，使得材料的塑性发生显著变化。
一般情况下，孪晶会降低钢的韧性和抗疲劳性能。
最后，相结构是钢材内部组织的另一个重要特征。
相是指钢材中存在的各种化学成分在固态下形成的组织。
钢中常见的相有铁素体、贝氏体、马氏体等。
不同的相结构会导致钢的力学性能、耐磨性、耐蚀性等发生变化。
例如，贝氏体具有高硬度和强度，常用于制造刀具等需要高耐磨性能的工具钢。
马氏体则具有较高的强度和耐磨性，常用于制造高强度的汽车零件等。
综上所述，钢的内部组织对其性能具有重要影响。
晶粒的大小和形状、杂质的含量、孪晶的形成和相结构的类型等因素都会对钢的强度、韧性、焊接性、脆性、耐磨性以及耐蚀性等产生重要影响。
因此，在钢材的制备和应用中，需要对钢的内部组织进行合理控制，以获得理想的性能和使用效果。
浅析钢材的内部缺陷及其对热处理工艺和性能的影响
3． 3
轴心晶间裂纹
轴心晶间裂纹是在钢锭凝固过程中产生的 。 由 结晶速度快， 锭心最后 于低碳钢凝固时两相区狭窄， 凝固前钢液补充不足， 晶间易形成这种显微裂纹。 当金属冷却凝固时的收缩应力超过了材料的强度极 限时， 即产生晶间裂纹， 这也与铸件的形状结构和铸 造工艺有关。另外金属材料中一些开裂敏感性杂质 含量较高时也会导致这种缺陷的产生，如硫含量较 高时有热脆性， 磷含量较高时有冷脆性。 钢锭中的 轴心晶间裂纹如不能在后续的开坯锻造过程中被锻 将留在锻件中成为锻件的内裂纹 。 合， 轴心晶间裂纹的出现破坏了钢的连续性， 虽然 但使断面收缩率和断后伸长率显著 强度变化不大， 降低， 因此是一种不允许存在的缺陷。
从表 1 中可以看出， 随着钢材锻造比的增大， 钢 疲劳强度 的疲劳强度不断提高。 当锻造比为 8 时， 达到最大值， 但继续增大锻造比， 疲劳强度则保持在 较高水平而不再提高。
重降低钢的力学性能和使用性能， 尤其是降低钢的 韧性和疲劳强度。 塑性、 钢材中存在非金属夹杂物是不可避免的， 其数 量和形态只能通过提高冶炼、 浇注水平， 提高钢的纯 降低非金属夹杂物的总量， 以及良好的轧制或 净度， 锻造加以改善。图 1 为 3Cr2Mo3VNb 钢中夹杂物的 横向低倍照片。
《热处理》
2011 年第 26 卷
第2 期
区、 心部粗大等轴晶区） 以及一些缺陷。为了克服这 些缺陷的不良影响， 就要有足够的锻造比， 以便较彻 底地打碎树枝状结晶和粗大柱状结晶， 使其细化并沿 主伸长方向分布； 并将铸锭中的疏松、 气孔、 缩孔等缺 陷锻合而使组织细密， 充分减轻偏析和破碎夹杂物等 使组织趋于均匀， 使钢材性能得以改善。 在锻造过程中， 在一定的范围内随着锻造比的 增加， 金属的力学性能显著提高， 这是由于组织致密 程度和晶粒细化程度提高所致。
热轧的缺点及解决方案(3篇)
第1篇一、热轧的缺点1. 表面质量差在热轧过程中，金属表面容易产生氧化、裂纹、麻点、划伤等缺陷。
这些缺陷不仅影响金属的外观，还会降低其使用寿命和耐腐蚀性能。
2. 内部组织不均匀热轧过程中，金属内部的晶粒大小、形状、分布等均存在不均匀现象。
这种不均匀性会导致金属力学性能下降，如强度、韧性、耐磨性等。
3. 热变形热轧过程中，金属在高温下发生塑性变形，导致金属尺寸、形状、表面质量等发生变化。
热变形现象容易导致产品尺寸精度降低、表面质量变差。
4. 热裂纹热轧过程中，金属在高温下容易发生热裂纹。
热裂纹的产生与金属成分、热处理工艺、轧制速度等因素有关。
5. 热疲劳热轧过程中，金属在高温、高压、高应力作用下，容易发生热疲劳现象。
热疲劳会导致金属表面产生裂纹、剥落等缺陷。
二、解决方案1. 表面质量差的解决方案（1）优化轧制工艺：通过调整轧制温度、轧制速度、轧制道次等参数，降低金属表面氧化程度，提高表面质量。
（2）采用保护气氛：在热轧过程中，采用氮气、氩气等惰性气体保护，减少金属表面氧化。
（3）表面处理：对热轧产品进行喷丸、抛光、化学处理等表面处理，提高其表面质量。
2. 内部组织不均匀的解决方案（1）优化轧制工艺：通过调整轧制温度、轧制速度、轧制道次等参数，使金属内部组织均匀。
（2）控制冷却速度：在热轧过程中，合理控制冷却速度，使金属内部组织均匀。
（3）采用特殊轧制工艺：如多道次轧制、变形诱导析出等，提高金属内部组织均匀性。
3. 热变形的解决方案（1）优化轧制工艺：通过调整轧制温度、轧制速度、轧制道次等参数，降低金属热变形程度。
（2）采用预变形工艺：在热轧前对金属进行预变形处理，降低热变形。
（3）控制冷却速度：在热轧过程中，合理控制冷却速度，降低金属热变形。
4. 热裂纹的解决方案（1）优化金属成分：选择合适的金属成分，提高其抗热裂纹性能。
（2）控制轧制工艺：通过调整轧制温度、轧制速度、轧制道次等参数，降低热裂纹产生。
热处理专科毕业设计GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析
GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。
钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。
热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。
缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。
为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。
在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。
力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。
在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。
滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。
滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。
在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
热处理常见缺陷和对策
热处理常见缺陷和对策热处理的目的是通过加热和冷却使金属和合金获得期望的微观组织，以便改变材料的加工工艺性能或提高工件的使用性能，从而延长其使用寿命。
热处理工件的力学性能未能达到设计技术要求，是一种常见的热处理质量缺陷。
其原因有材料选择不当、材料有固有缺陷、热处理工艺不当、加热或冷却方式不当、热处理工艺执行不严等因素造成。
工件在使用过程中，承受不同载荷，在不同工作温度下工作，因而表现为不同的失效方式。
例如过量塑性变形、断裂、疲劳、蠕变、磨损、应力腐蚀等。
工件最重要的力学性能有硬度、抗拉强度、冲击韧度、蠕变性能、疲劳性能、耐腐蚀性能等。
这些性能合格与否，需要根据工件的服役条件和技术条件具体情况具体分析，热处理工作者要掌握热处理与这些性能指标的关系，清楚什么样的热处理工艺问题会引起什么样的性能缺陷，从而找到避免和解决问题的思路。
一、硬度不合格金属材料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在一定的经验关系，并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接性能等加工工艺性能存在某种程度的关系；硬度试验不损坏工件，测试简单，数据直观，故而被广泛用作热处理工件的最重要的质量检验指标，不少工件还是其唯一的技术要求。
硬度不合格是最常见的热处理缺陷之一。
主要表现为硬度不足、淬火冷却速度不够、表面脱碳、钢材淬透性不够、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。
淬火工件在局部区域出现硬度偏低的现象叫做软点。
软点区域的围观组织多为马氏体和沿原奥氏体晶界分布的托氏体混合组织。
软点或硬度不均匀通常是由于淬火加热不均匀或淬火冷却不均匀所引起。
加热时炉温不均匀，加热温度或保温时间不足是造成加热不均匀的主要原因。
冷却不均匀主要由于淬火冷时工件表面附着着淬火介质的气泡、淬火介质被污染（例如水中有油悬浮珠）或淬火介质搅动不充分所造成的。
此外，钢材组织过于粗大，存在严重偏析，大块碳化物或大块自由铁素体也会造成淬火不均匀形成软点。
1.1 软点淬火加热的目的是使工件在淬火过程中完成组织转变。
浅析钢的热处理常见缺陷及其防止措施
浅析钢的热处理常见缺陷及其防止措施作者：桂德祥来源：《科学与财富》2017年第33期摘要：在如今高速发展的社会生活中，钢是我们不可缺少的材料，为了让其达到人们预期的性能和要求，对其进行热处理，同时也产生一些缺陷，如果不采取防止措施，会造成钢制零件的报废。
因此我们有必要浅析其中原因，及其采取的措施。
关键词：热处理；缺陷；措施钢在高温下的化学作用或加热温度及加热速度选择不当，以及装炉不当等，都是可以使工件在加热时产生各种缺陷甚至导致报废。
下面根据笔者多年的工作经验，浅析一下常见的几种缺陷及应对措施。
一、氧化和脱碳氧化是指钢表面的铁被氧化成氧化铁，钢被氧化的结果，不仅是金属材料被烧损，使工件不光洁，而且影响了工件的机械性能、切削性能、腐蚀性能。
脱碳是指钢表面的碳被氧化成CO、CH4等气体，使钢的表面的含碳量降低。
氧化使钢制工件表面烧损，影响工件尺寸和光沽度。
脱碳使工件表面碳贫化从而导致工件淬火硬度或耐磨性降低，严重的氧化脱碳会造成工件报废。
对需要控制氧化和脱碳的工件，可采用下列措施。
1控制加热温度和加热时间。
在保证工件淬火硬度和组织的前提下，尽量采用较低的加热温度，并采用最短的加热时间。
2采用盐炉加热。
3采用保护气氛或可控气氛加热。
此外，加热时将工件装入有保护剂的铁箱中或涂上保护涂料，也有一定的防氧化脱碳的效果。
二、过热和过烧加热温度过高，或在高温下加热时间过长，引起奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗针状马氏体的现象，称过热。
过热会增加钢的脆性，容易造成淬火开裂。
过热可以返修，返修前需进行一次细化组织的正火或退火，再按正确的方法重新淬火。
如果加热温度太高，以致奥氏体晶界出现了熔化和氧化现象，称过烧。
过烧组织晶粒极为粗大，晶界有氧化物网络，钢的性能急剧下降，这种缺陷无法挽救，工件只能报废。
三、淬火硬度不够硬度不够是指整个工件或较大区域内硬度达不到技术要求。
其原因如下：1欠热造成的原因是加热温度过低或保温时间不足，工艺错误，控温系统失灵，装炉量太多使各层工件温度不均。
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析1. 引言钢结构是目前广泛应用于建筑、桥梁和其他工程中的一种重要结构材料。
然而，钢结构材料在生产和使用过程中往往会出现一些瑕疵和缺陷，这些问题对结构的安全性和可靠性造成了不可忽视的影响。
因此，深入了解钢结构材料的瑕疵与缺陷，并进行有效的分析和控制，对于确保结构的正常运行具有重要意义。
2. 钢结构材料的常见瑕疵与缺陷2.1 气孔气孔是钢结构材料中常见的瑕疵之一。
在钢材的冷却过程中，由于快速凝固和固态相变导致液态钢中的气体无法完全顶出，从而形成气孔。
气孔的存在会导致钢材的强度和韧性下降，从而影响结构的承载能力和耐久性。
2.2 夹杂物夹杂物是指钢材中存在的杂质。
常见的夹杂物有碳化物、氧化物、硫化物等。
夹杂物会降低钢材的冲击韧性和断裂韧性，从而影响结构的抗震性能和耐久性。
2.3 晶界偏差晶界偏差是指钢材中晶格的错位和变形。
晶界偏差会引起钢材的局部应变集中，在外力作用下易发生断裂和损伤，影响结构的强度和稳定性。
2.4 疲劳裂纹疲劳裂纹是钢结构材料常见的缺陷之一。
在结构长时间受到循环载荷作用下，钢材会产生疲劳裂纹。
疲劳裂纹会导致结构的强度和稳定性下降，甚至引发结构的破坏。
3. 钢结构材料瑕疵与缺陷的分析方法3.1 目视检查目视检查是最常用的瑕疵与缺陷分析方法之一。
通过对钢材外观的检查，可以初步判断瑕疵和缺陷的类型和程度。
目视检查需要依靠专业的检验人员，并结合经验判断瑕疵和缺陷的严重性以及对结构安全性的影响。
3.2 无损检测无损检测是钢结构材料瑕疵与缺陷分析中常用的方法之一。
通过应用超声波、射线、涡流、磁粉等无损检测技术，可以发现钢材内部的瑕疵和缺陷，获取结构材料的内部情况，并评估其对结构安全性的影响。
无损检测具有操作简便、快速、准确等特点，被广泛应用于结构材料瑕疵与缺陷的分析。
3.3 机械性能测试机械性能测试是对钢结构材料进行瑕疵与缺陷分析的重要手段之一。
通过对钢材的拉伸、冲击、硬度等机械性能测试，可以评估材料的强度、韧性和硬度等性能指标，揭示瑕疵和缺陷对机械性能的影响程度。
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图1
3Cr2Mo3VNb 钢中夹杂物的横向低倍照片 Fig． 1 Macrograph of inclusions in cross section of 3Cr2Mo3VNb steel
3
内裂
内裂一般是指原材料中的白点、 缩管残余及轴 心晶间裂纹等缺陷， 由于它们的存在或在后续加工 时内裂发生变化， 都会对机械零件的可靠性造成严 重威胁。 3． 1 白点 白点又称发裂， 是钢中的内裂， 是一种不允许存 。 在的缺陷 白点常常是在大锻件冷却至室温后几小 几十小时甚至更长时间后产生的 ， 横向试片经浸 时、 第2 期
3． 2
缩孔残余
一般是由于钢锭冒口部分的缩孔未切除干净， 开坯和轧制时残留在钢材内部而产生的 。 缩孔残余 附近区域一般会出现密集的夹杂物 、 疏松或偏析， 在 横向低倍下呈有不规则皱折的缝隙， 锻造或热处理 时易引起锻件开裂。 图 3。
称流线） 分布的细而短的多条细裂纹 （ 发裂 ） ； 在其 纵向断口上则呈银白色椭圆形斑点 。 由于白 点 的 出 现 往 往 有 成 批 性 （ 按 冶 炼 炉 批 号） ， 因此也有人称白点是钢材的癌症。 有些含镍、 钼的钢种对白点的生成比较敏感， 被称之为白点敏 5CrMnMo 等， 感性钢， 例如 5CrNiMo、 有时也会在中 碳钢 如 45 钢 中 出 现。 图 2 为 德 国 WNr2713 230 mm 棒材中白点的横向低倍照片。 白点的存在导致钢的力学性能显著恶化而无法 使用； 有白点的锻件热处理 （ 淬火 ） 时易发生开裂， 或在加工使用中突然出现内部裂纹， 使锻件报废。 白点降低钢的塑韧性和零件的强度 ， 是应力集中点， 在交变载荷的作用下， 很容易变成疲劳裂纹源而导 致疲劳破坏。所以锻件中绝对不允许有白点存在。 一旦发现锻件有白点， 也可再以一定的锻造比重新 ， 。 锻造 使白点焊合
· 79·
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蚀后可观察到直的、 细小弯曲的裂纹， 在与裂纹垂直 的方向折断， 可发现断口上有呈银白色的圆形或椭 圆形斑点， 这是裂纹的一个侧面。 检查白点最好在 淬火状态下折断， 以免试样折断时由于塑性变形而 使白点失真。 关于白点的产生机制， 不同的学派有不同的看 法， 其中之一认为， 氢是产生白点的关键因素， 而巨 大的内应力是产生白点的另一重要原因， 即钢锭中 未逸出的氢原子聚集在显微空隙中并成分子状态 时， 由于体积膨胀而使钢产生较大的内应力 ， 在热压 力加工过程中的变形力以及随后冷却过程中热应力 和组织转变时产生的相变应力的共同作用下， 导致 材料内部局部开裂 白点， 宏观上表现为由工件内 部向外呈辐射状分布， 或者沿压力加工变形流向 （ 俗
［1 ］
。
锻造比对 40CrNiMoA 钢疲劳强度的影响
Effect of forging ratio on fatigue strength of 40CrNiMoA steel 2 441 3 470 4 480 6 490 500 8 519 529 12 519 529 20 519 529 40 519 529
从表 1 中可以看出， 随着钢材锻造比的增大， 钢 疲劳强度 的疲劳强度不断提高。 当锻造比为 8 时， 达到最大值， 但继续增大锻造比， 疲劳强度则保持在 较高水平而不再提高。
重降低钢的力学性能和使用性能， 尤其是降低钢的 韧性和疲劳强度。 塑性、 钢材中存在非金属夹杂物是不可避免的， 其数 量和形态只能通过提高冶炼、 浇注水平， 提高钢的纯 降低非金属夹杂物的总量， 以及良好的轧制或 净度， 锻造加以改善。图 1 为 3Cr2Mo3VNb 钢中夹杂物的 横向低倍照片。
2
非金属夹杂物超标
常见的非金属夹杂物按其来源分有两类， 一类 是冶炼过程中， 钢中气体与脱氧剂及合金元素物理 化学反应的产物， 一般为氧化物、 硫化物、 硅酸盐等； 另一类是炉渣及浇注过程中耐火材料侵蚀剥落后进 入钢液中形成的非金属夹杂物。热处理工作者极为 关注非金属夹杂物的性质、 形态 （ 长度 ） 、 数量、 分布 （ 集中与分散） 等情况。 按夹杂物性质， 可分为脆性 夹杂物（ 氧化物与脆性硅酸盐 ） 和塑性夹杂物 （ 硫化 1989 物与塑性硅酸盐 ） 。 目前一般均按 GB / T10561钢中非金属夹杂物显微评定方法， 等效采用 ISO 标 准， 按夹杂物的形态与分布， 分为四个基本类型： A 类 即硫化物类型； B 类即氧化铝类型； C 类即硅酸盐类 型； D 类即球状氧化物类型。每一类型又按夹杂物的 厚度或直径的不同， 分为粗系和细系两个系列， 每个 系列有表示夹杂物含量递增的 5 级图片。 金属中的夹杂物破坏了金属基体的连续性， 剥 落后就成凹坑或裂纹， 大块夹杂物还降低了材料的 疲劳强度； 在金属锻造和轧制过程中， 夹杂物可能被 延展成为长而薄的流线状， 形成带状组织， 使金属产 生明显的各向异性， 大大增加淬火裂纹产生的几率； 对精密量具来说， 钢中存在夹杂物会降低制品的使 用寿命， 夹杂严重时， 造成热处理时的应力集中， 淬 火时易开裂， 因此应根据技术要求严格控制滚珠轴 承钢和工具钢中的夹杂物； 钢中夹杂物还会引起渗 “起泡 ” ； 另外大量的非金属夹杂物会严 氮零件表面 《热处理》
关键词： 钢材； 缺陷； 预防措施 + 中图分类号： TG142． 1
Defects in Steel and Their Influence on Heat Treatment Practice and Performance of Part
WU Yuanhui
（ Mechanical Department， Nanjing Institute of Industry Technology，Nanjing 210046 ， Jiangsu ） Abstract： The causes of defects in steel and their influence on heat treatment practice and resulting properties of part were analyzed，including nonmetallic inclusions， flakes， shrinkage cavity， porosity， segregation， bended structure， coarse structure and so on． The preventive or remedial measures in production were described in relation to the above defects． Key words： steel products； defect； preventive measure 钢是最广泛用于制造机械零件的金属材料 。钢 经冶炼、 铸造、 开坯、 轧 （ 锻 ） 制或连铸连轧成材， 其 表面和内部均可能存在一些缺陷 。本文仅对钢材内 其对热处理工艺的实施和零件 部缺陷的产生原因、 性能的影响以及如何进行预防和补救进行探讨 。 用变形前后的截面比、 长度比或高度比来表示。 锻 件锻造成形时在立体的三个方向都发生变化 ， 常以 最大变化方向的变形比来度量。这里需要特别注意 与锻件不同， 钢材的锻造比是指钢材的横断面 的是， 积与钢锭的横断面积的比值。 不论是铸锭开坯、 轧（ 锻） 成材， 还是连铸连轧成 材， 由于钢液的结晶规律， 材料内存在三个结晶区（ 边 缘部位细小等轴晶区、 垂直于锭模壁的粗大柱状晶
表1 Table 1 锻造比 疲劳极限（ MPa） （ n ＞ 10 － 7 ） 0 363
此外， 只有足够的变形量和科学合理的变形方 式（ 如反复锻造 ） 才能打碎材料内部的一些脆性相 和减弱严重的组织偏析， 一般说来， 结构钢钢锭的锻 造比为 2 ～ 4 ， 各类钢坯和轧材的锻造 比 为 1． 1 ～ 1． 3 。而对于一些高碳高合金钢， 常常要求更大一些 的锻造比。 以 40CrNiMoA 钢为例， 其锻造比对疲劳强度的 影响如表 1 所示
櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊 太高， 否则容易出现渗碳空冷裂纹。 在工艺上要降 3 结论 （ 1 ） 20CrMnMo 钢制大模数齿轮心部硬度不足 和心部出现铁素体的问题， 采用快速淬火油， 以及适 当的淬火温度可以得到解决。 （ 2 ） 经渗碳淬火的 20CrMnMo 钢齿轮易出现心 部组织粗大的问题， 对原材料进行控制， 同时采用二 次加热淬火工艺可以有效细化晶粒 。 （ 3 ） 20CrMnMo 钢齿轮容易出现磨削裂纹， 应采 用较高的回火温度， 适当延长保温时间。 对于直接 淬火的工件， 更需要延长回火时间。 （ 4 ） 20CrMnMo 钢齿轮渗碳的扩散期碳势不宜
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材料的锻造比不足
金属材料的锻造比即锻造时的变形程度， 通常
收稿日期： 2009-07-29 ）， 作者简介： 吴元徽（ 1963男， 安徽歙县人， 副教授 、 高级工程师， 主要从事金属材料及热处理研究工作 。 13913915657 ， Email ： wuyh@ niit． edu． cn 联系电话：
《热处理》
2011 年第 26 卷
第2 期
区、 心部粗大等轴晶区） 以及一些缺陷。为了克服这 些缺陷的不良影响， 就要有足够的锻造比， 以便较彻 底地打碎树枝状结晶和粗大柱状结晶， 使其细化并沿 主伸长方向分布； 并将铸锭中的疏松、 气孔、 缩孔等缺 陷锻合而使组织细密， 充分减轻偏析和破碎夹杂物等 使组织趋于均匀， 使钢材性能得以改善。 在锻造过程中， 在一定的范围内随着锻造比的 增加， 金属的力学性能显著提高， 这是由于组织致密 程度和晶粒细化程度提高所致。
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低扩散期碳势， 延长扩散时间。 参考文献
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