第三节：白点裂纹
实验二 断口形貌观察实验
实验二断口形貌观察实验一、实验目的1.掌握断口宏观分析的方法，了解断口宏观分析的意义及典型宏观断口的形貌特征。
2.了解扫描电镜在断口分析中的应用，识别几种常见的断口微观形貌。
二、实验设备及试样1.实验设备:低倍显微镜、扫描电镜。
2.试样:HT200、20钢、Q235钢拉伸、压缩断口，6061铝、65Mn拉伸断口，疲劳断口，冲击断口，疲劳断口，氢脆断口等。
三、概述钢材或金属构件断裂后，破坏部分的外观形貌通称为断口。
断裂是金属材料在不同情况下当局部破断发展到临界裂纹尺寸，剩余截面不能承受外界载荷时发生的完全破断现象。
由于金属材料中的裂纹扩展方向总是遵循最小阻力路线，因此断口一半也是材料中性能最弱或零件中应力最大的部位。
断口形貌十分真实的记录了裂纹的起因、扩展和断裂过程，因此它不仅是研究断裂过程微观机制的基础，同时也是分析断裂原因的可靠依据，断口分析中分宏观分析和微观分析两类，它们各有特点，相互补充，是整个断口分析中相互关联的两个阶段。
四、实验内容（一）宏观断口分析宏观断口分析：用肉眼、放大镜、低倍实体显微镜来观察断口形貌特征，断口裂源的位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征影响称为断口宏观分析。
从断裂机理可知，任何断裂过程总是包括裂纹形成，缓慢扩展快速扩展至瞬时断裂几个阶段。
通过宏观断口分析人们可以看到，由于材质不同，受载情况不同，上述各断裂阶段在断口留下的痕迹也不同，因此我们掌握了常见的宏观断口特征以后，就可以在事故分析中根据宏观断口特征来推测断裂过程和断裂原因，本实验主要观察下列几种断口。
1.拉伸试样断口：5种材料断口特征：低碳钢拉伸断口外形呈杯锥状，整个断口可分为三个区，中心部位为灰色纤维区，纤维区四周为辐射状裂纹扩展区，边缘是剪切唇，剪切唇语拉伸应力轴交角为45°。
铸铁试样断口为结晶状断口，呈光亮的金属光泽，断口平齐。
2.疲劳端口轴类零件多在交变应力下工作，发生疲劳断裂后宏观断口上常可看到光滑区和粗糙区两部分，前者为疲劳裂纹形成和扩展区，有时可见贝纹线，蛤壳或海滩波纹状花样，这种特征线是机器开始和停止时，或应力幅发生突变时疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹，是疲劳宏观断口的重要特征。
裂纹与断口分析(高级课件)
断 口
判断断裂的性质。
三
由断裂前塑性变形量大小及断口形貌特征，
要
可大体判断断裂的类型是韧性的、脆性的还
素
是疲劳断裂。
由裂纹形状确杯定锥断状断裂口源和裂纹扩展的方向
在直径较大、没有缺陷及缺口的光滑圆
棒试样慢应变拉伸试验中，当材料韧性好， 通常出现韧性断裂。
单一滑移系启动
纯剪切断口
工程构件中常出现的两种
out
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out
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3.3 微观断口分析
分析内容：产物分析 + 形貌分析
根据断口微观形貌特征可判定断裂的类型， 从裂纹源处查明断裂原因。它还能进行断裂失 效的定量分析，如进行韧性的定量测量，分析 测定裂纹的扩展速率、断裂过程与影响因素之 间的定量关系等。
断口微观形貌中，韧窝、解理花样、疲劳辉纹等分别
韧性断裂宏观形貌 out常发生在滑移形变不受约束或约束较
小的情况。如:平板承受拉伸载荷，薄壁容 精编课件
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器过载, 器壁承受双向拉伸载荷。
韧性断口宏现形貌
非杯-锥状
有外周缺口圆棒试样
厚板
放 射 区 增 加
薄板
out
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脆性断裂的断口宏观形貌
大多数是穿晶解理型的，其断口的宏观形 貌具有两个明显的特征: 小刻面 由于各晶粒解理面与断裂面位向不 相同，若把断口放在手中旋转时，将闪闪发光， 像存在许多分镜面似的。
c. 断口样品的清洗和保存
带灰尘或其他附着物的断口
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清洁断口
带油污的断口
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锈蚀较严重的断口
射线检测中铸件常见缺陷特征辨析
射线检测中铸件常见缺陷特征辨析————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ射线检测中铸件常见缺陷特征辨析摘要本文主要讲述了铸造在我国航空航天里得到了广泛的应用,铸造是通过熔炼金属或其合金、制造铸型。
并将金属溶液浇入铸型,在金属溶液凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成型方法。
铸造是工件成形的基本方法之一，是所有冶金方法中最直接的成形方法,其广泛应用于各种各样的产品。
但是铸造生产出来的铸件存在很多缺陷。
不同性质的缺陷具有不同的几何形状和空间分布特点。
在射线底片上的影象反映有所不同，黑度分布的特点是判断影象性质的重要依据,缺陷影象在射线照片上的位置,也是缺陷在工件上的位置反映，是判断影象缺陷的另一依据。
铸件中常见的内部缺陷可分为四大类，即孔洞类缺陷、裂纹类缺陷、夹杂类缺陷和成分类缺陷,这些缺陷通过X射线检测可以判断出位置、形状和大小。
但是,由于暗室操作不当,射线照相操作不当，或胶片本身质量存在的问题在底片上可能产生一些类似缺陷，称为伪缺陷。
对于伪缺陷在Ｘ射线检测中应加以预防和控制。
关键词:射线检测铸件缺陷１:引言;铸造是通过熔炼金属或其合金、制造铸型。
并将金属溶液浇入铸型,在金属溶液凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成型方法。
铸造是工件成形的基本方法之一，是所有冶金方法中最直接的成形方法,其广泛应用于各种各样的产品。
铸件是指用铸造的方法生产出的金属零件或零件毛坯。
铸造生产的主要缺点是：生产工序较多,有些工艺过程难以控制，铸件质量不够稳定,废品率较高;铸件组织粗大,内部常出现缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷,其力学性能不如同类材料的高;铸件表面教粗糙，尺寸精度不高；工人劳动强度大,劳动条件较差。
目前,我厂铸造生产出的工件大多数都是铸件,但是其存在很多的缺陷，因此我们常采用ｘ射线检测，其特点：第一,对工件无特殊要求，检验结果显示直观；第二，检验技术和检验工作质量可以自我检测。
锻造知识及问题汇总
（4）氢的影响 钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。此外在含氢的还原性气
氛中加热钢材、酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸收，并通过扩散进入钢内。 氢对钢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力任用下，经一定
主要体现在以下组织和性能： 1）打碎柱状晶，改善宏观偏析，把铸态组织变为锻态组织，并在合适的温度
和应力条件下，焊合内部空隙，提高材料的致密度。 2）铸锭经过锻造形成纤维组织，进一步通过轧制、挤压、模具锻造，使锻件
得到合理的纤维方向分布。
3）控制晶粒度的大小和均匀度。 4）是组织得到形变强化或形变---相变强化等。 通过上述组织的改变，使锻件的塑性、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度、 和持久强度也随之得到了改善。之后通过锻后热处理就可以得到零件所要求的 硬度、强度、塑性等良好的综合性能。
D、但是不是所有的缩孔都可以焊合，在金属结晶时，在金属的冒口附近形成 的集中缩孔以及二次缩孔，由于其表面被氧化，故不能在压力加工时焊合。此外， 分散缩孔（即缩松），和等轴晶区的显微组织相似，杂质较少，且表面未被氧化， 也是可以在压力加工时焊合的。
（二）、钢中杂质元素的影响
（1）锰和硅的影响 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。锰除了
二、锻造的基本知识
（一） 锻造的含义
锻造就是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
二、锻造的基本知识
（二）锻造的分类
（1）按照工具模具安置情况分类
自由锻造（固定的平砧或者型砧成型）
胎模锻（锻造模具为可移动式）
裂纹分类
裂纹分类
凡是使金属的连续性被破坏的缺陷，而此种缺陷又具有一定的深度、长度和宽度，或直线或曲线状分布于钢材或工件表面或内部，即称裂纹。
裂纹的分类：
1. 按裂纹存在的形状和大小可分为：龟纹、“V型”纹、“y型”纹、“之状”裂纹、环状裂纹、鸡爪状裂纹、丝纹、发纹、裂纹、裂缝等宏观裂纹及微观裂纹。
2. 按裂纹存在于钢材或工件上的不同方向分为：纵裂纹、横裂纹即为定向裂纹等。
3. 按裂纹存在的不同部位分为：表皮裂纹、皮下裂纹、心部裂纹与钢锭的头部裂纹、中部裂纹、尾部裂纹及角部裂纹等。
4. 按裂纹产生的不同根源分为：铸造裂纹、锻造裂纹、轧制裂纹、拔制裂纹、研磨裂纹、淬火裂纹、焊接裂纹及疲劳裂纹等。
低倍组织结构内容
1. 偏析、疏松、气孔、树枝状结晶、缩孔、缩管、晶粒粗大、气泡翻皮、金属夹杂物、非金属夹杂物、裂纹等。
2. 在加热过程中产生的缺陷：过烧、氧化铁皮、脱碳层、晶粒粗大、斑疤、夹层、重皮、皱纹、裂纹、飞边、折叠、白点等。
锻件超声波探伤方法简介
核电锻件 核电分为压水堆和沸水堆两类。核电站主要的大锻件 可分为压力壳和堆内构件两大类。压力壳含：筒体法兰、 管嘴段、管嘴、上部筒体、下部筒体、筒体过渡段、螺栓 等。堆内构件是在高温、高压、强中子幅照、硼酸水腐蚀、 冲刷和水力振动等严峻条件下工作的，所以要选用18-8奥 氏不锈钢来制作。 火电锻件 火力发电设备中有四大关键锻件，即汽轮发电机的转 子和护环，以及汽轮机中的叶轮与汽轮机转子。 水电锻件 水力发电站设备中的重要锻件有水轮机大轴、水轮发 电机大轴、镜板、推力头等。
锻件超声波探伤方法简介
锻件简介
锻压
锻造和板料冲压总称为锻压。锻压是对金属坯料施加一外力，
使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组 织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化， 组织致密，力学性能显著提高。所以重要的机器零件和工具 部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆 等大都采用锻造制坯。
轴类锻件的锻造工艺主要以拔长为主，因而
大部分缺陷的取向与轴线平行，此类缺陷的 探测以纵波直探头从径向探测效果最佳，考 虑到会有其他的分布及取向，因此轴类锻件 探伤，还应辅以直探头轴向和斜探头周向探 测及轴向探测。
1、轴类锻件直探头径向和轴向探伤：
如图所示：
轴类锻件周向探伤
轴类锻件轴向探伤
石油化工锻件
锻件在石油化工设备中有着广泛的应 用。如球形储罐的人孔、法兰，换热器所 需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器 的整锻筒体（压力容器），加氢反应器所 用的筒节，化肥设备所需的顶盖、底盖、 封头等均是锻件。 矿山锻件 按设备重量计算，矿山设备中锻件的 比重为12-24%。矿山设备有：采掘设备、 卷扬设备、破碎设备、研磨设备、洗选设 备、烧结设备。
缺陷种类及产生原因
第七章 缺陷的种类及产生原 因
• 钢板的轧制是平面压下沿长度方向轧制 ，轧制时有非常大的 压下比，形成平行 于表面的平面状缺陷较多。
• 缺陷安严重程度分三类： • 完全剥离的层状裂缝或分层，属大缺
陷
• 在某个范围内分层的，属中缺陷 • 有点状夹杂物集合的，属小缺陷
裂纹是一种面积形缺陷，裂纹尖端形成 尖锐缺口，应力高度集中，导致破坏。 • 裂纹危害极大，冷裂纹由于延迟性和快 速脆断特性，危害极大。特种设备的事 故，除极少数是设计不合理，选材不当 外，绝大部分是裂纹引起的脆性破坏。
焊接缺陷及其特征
焊接缺陷及其特征
焊接缺陷及其特征
焊接缺陷及其特征
焊接缺陷及其特征
第七章 缺陷的种类及产生 五，使用原中因常见缺陷
1，疲劳裂纹 承受交变载荷，局部高应变 区的峰值应力超过材料的屈服强度，晶粒之 间发生滑移和位错，产生裂纹并扩展 疲劳 裂纹，热疲劳裂纹
2，应力腐蚀裂纹 处于特定介质中的金属 材料在拉应力作用下产生的裂纹，裂纹细小 ，密集
3，氢损伤 在临氢工况下运行的设备，氢 进入金属后使材料性能变坏，造成损伤 如 氢脆 氢腐蚀
第七章 缺陷的种类及产生原 因
焊接缺陷及其特征
焊接缺陷及其特征
3，夹渣：指焊后熔渣残留于焊缝中的现象。 夹渣又分金属夹渣和非金属夹渣两种。 金属夹渣：钨，铜金属颗粒残留在焊缝中 ，成为夹钨，夹铜 非金属夹渣：指未熔的焊条药皮或焊剂，硫 化物，氮化物残存在焊缝中 夹渣的分布与形状 单个点状夹渣 条状夹 渣 链状夹渣 密集夹渣
➢按发生的部位可分为焊缝裂纹、根部裂纹、弧坑裂 纹，熔合区裂纹、焊道下裂纹、焊趾裂纹及热响取 裂纹。
无损检测知识
磁粉检测的原理磁粉探伤的原理是指有表面或近表面缺陷的工件被磁化后，当缺陷方向与磁场方向成一定角度时，由于缺陷处的磁导率的变化，磁力线逸出工件表面，产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕。
谈谈我对磁粉检测原理的认识：当铁磁性工件被磁化时，磁感应线（B线）从中透过，如果工件表面存在缺陷，就会有一部分磁感应线逸出工件表面，他们从缺陷的一侧穿出进入空气中，绕过缺陷，从缺陷另一侧又折回到工件中，于是在工件表面缺陷处就形成了漏磁场。
此时将磁粉（能在微弱磁场中被吸附的氧化铁粉末）施加于改漏磁场中。
每一颗细小的磁粉在漏磁场中被磁化而成为极小的磁极，并在漏磁场的作用下磁粉被吸向漏磁场最强区（即缺陷表面中心处）。
于是磁粉就在缺陷处堆积起来形成与缺陷形状类似的磁痕。
这样缺陷就被显示出来。
磁粉检测的适用范围磁粉检测的适用范围是什么？我厂生产的磁粉探伤机适合什么样的工件使用？不适合什么样的工件使用？我根据我厂多年来对客户提供需探伤的工件的资料进行了整理并结合自己多年来对磁粉探伤机的认识总结了以下几点。
1）磁粉检测适用于检测铁磁性材料工件表面和近表面尺寸很小，间隙狭窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级）的裂纹和目视难以看出的缺陷。
2）适用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料，但不适用于检测奥氏体不锈钢材料（如1Cr18Ni9）和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不适用于检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料。
3）适用于检测钢管、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。
4）适用于检测为加工的原材料（如钢坯）和加工的半成品、成品件及在役与使用过的工件。
5）适用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷，但不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小鱼20°的缺陷。
超声波检测中,产生和接收超声波的方法,通常是利用某些晶体的(c)a.电磁效应 b.磁致伸缩效应 c.压电效应 d.磁敏效应2.目前工业超声波检测应用的波型是(f)a.爬行纵波 b.瑞利波 c.压缩波 d.剪切波 e.兰姆波 f.以上都是3.工件内部裂纹属于面积型缺陷,最适宜的检测方法应该是(a)a.超声波检测 b.渗透检测 c.目视检测 d.磁粉检测 e.涡流检测 f.射线检测4.被检件中缺陷的取向与超声波的入射方向(a)时,可获得最大超声波反射：a.垂直 b.平行 c.倾斜45°d.都可以5.工业射线照相检测中常用的射线有(f)：a.X射线 b.α射线 c.中子射线 d.γ射线 e.β射线 f.a和d6.射线检测法适用于检验的缺陷是(e)a.锻钢件中的折叠 b.铸件金属中的气孔 c.金属板材中的分层 d.金属焊缝中的夹渣 e.b和d7.10居里钴60γ射线源衰减到1.25居里,需要的时间约为(c)：a.5年 b.1年 c.16年 d.21年8.X射线照相检测工艺参数主要是(e)：a.焦距 b.管电压 c.管电流 d.曝光时间 e.以上都是9.X射线照相的主要目的是（c）：a.检验晶粒度；b.检验表面质量；c.检验内部质量；d.以上全是10.工件中缺陷的取向与X射线入射方向(b)时,在底片上能获得最清晰的缺陷影像：a.垂直 b.平行 c.倾斜45°d.都可以11.渗透检测法适用于检验的缺陷是(a)：a.表面开口缺陷 b.近表面缺陷 c.内部缺陷 d.以上都对12.渗透检测法可以发现下述哪种缺陷?(c)a.锻件中的残余缩孔 b.钢板中的分层 c.齿轮的磨削裂纹 d.锻钢件中的夹杂物13.着色渗透探伤能发现的缺陷是(a)：a.表面开口缺陷 b.近表面缺陷 c.内部未焊透14.下面哪一条不是液体渗透试验方法的优点?(a)a.这种方法可以发现各种缺陷 b.这种方法原理简单,容易理解c.这种方法应用比较简单 d.用这种方法检验的零件尺寸和形状几乎没有限制15.下面哪一条不是渗透探伤的特点?(a)a.这种方法能精确地测量裂纹或不连续性的深度 b.这种方法能在现场检验大型零件c.这种方法能发现浅磁粉检测具有下列优点：1）能直观的显示出缺陷的位置、大小、形状和严重成都，并可大致确定缺陷的性质。
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第三节白点裂纹
白点是在大型钢材内部存在的一种宏观缺陷，其形状为不同长度和不同方向的显微裂纹群。
钢中存在白点将严重降低材料的机械性能，尤其是延伸率和断面收缩率，材料在使用过程中会发生突发性断裂事故。
因此，在材料生产加工过程中及时发现有白点缺陷的钢材是至关重要的。
检验白点的方法有很多，如断口、低倍、着色和磁粉探伤等，但这些方法要么需破坏材料，要么只能检测表面缺陷，而白点缺陷一般存在钢材的内部，因此最有效和最可靠的非破坏检验方法是超声波探伤。
一白点的成因
关于白点形成机理在学术界存在许多假说，归纳起来主要有四个方面：
1 氢含量对白点形成的影响
科学研究与生产实践已证实，白点出现的基本原因是钢中存在氢。
高温时钢中溶解大量的氢，随着温度的下降，氢在钢中的溶解度减小，当冷却速度较快时，氢来不及扩散到大气中，聚积在钢的显微空隙中并结合成分子状态，形成巨大的局部压力，达到钢的破断程度时在钢中产生内部裂纹－白点。
2 热处理对白点形成的影响
钢件经锻轧后的热处理对白点的形成有重要的影响，钢件内部含有氢，在锻轧后如若快速冷却，氢气无法逸出表面，将大大增加形成白点的可能性。
因此，对于白点敏感的大型钢件经锻轧后都应进行消除白点热处理。
热处理第一个工序为过冷，使碳素钢和低合金钢奥氏体转变为均匀的珠光体，高合金钢转变为铁素体与碳化物的混合物组织。
第二个工序为等温保温，等温保温应在α相存在的最高温度下进行，以保证氢最大速度扩散。
3 应力对白点形成的影响
大型锻件快速冷却时由于表面先冷却心部后冷却，当表面进入弹性状态变成一个冷硬的外壳时，它阻碍心部继续冷却，从而使心部产生拉应力，而表面产生压应力。
中心区的拉应力促进白点的形成，而表面区的压应力阻止白点的形成。
4 化学成份对白点形成的影响
钢的化学成份对白点的形成有极大的影响，实践证明低碳钢几乎不出现白点，高碳钢具有较高的白点敏感性，另外随着钢中合金化的提高，白点敏感性相应提高。
白点主要出现在珠光体和马氏体钢中。
二白点的低倍及显微组织特征
白点因其在纵向断口上呈现银白色的椭圆形或鸭嘴形而得名（图3－1）在酸浸后的横向低倍试片上表现为锯齿状裂纹，即发丝状裂纹，又称“发纹”。
裂纹的两端与两壁很明显，由裂纹到正常金属是突变而不是逐渐过渡的（如图3－2）。
对白点裂纹的金相显微镜研究表明，白点裂纹多是穿晶的，裂纹呈锯齿状，裂纹附近并不发生塑性变形，没有夹杂物及氧化脱碳现象，白点附近的金相组织与基体部分的正常组织没有不同（如图3－3）。
图3－1 白点的纵向断口图3－2 白点的横向低倍
图3－3 白点附近的显微组织
电子显微分析进一步表明白点形貌均为穿晶脆性断裂和沿晶脆性断裂。
其形貌大致有浮云状、准解理羽毛状、波纹状和碎条状等（如图3－4、5所示）。
图3－4 白点区形态图3－5 白点区形态
浮云状准解理羽毛状
三白点的分布规律
白点主要存在于截面大于40mm的珠光体、马氏体锻轧钢材中，且容易出现在大截面的
部分，由于氢的扩散外逸，靠近材料的端头
和表面都不会产生白点。
白点多分布在轴心
或轴横截面上1/2—1/3半径的环状范围内，
对于阶梯轴而言，白点多出现在直径大的部位，轴的直径越大，白点越多，在同一个轴上，白点的分布范围随轴的直径变化而变化，当白点较轻时，通常只在大直径部位出现，
当白点严重时，分布范围由大直径向小直径
部位扩展，白点越严重扩展范围越大，然而，在不同直径上白点距离轴表面的深度几乎变
化不大。
由于生成的条件不同，白点在钢材中主要形式呈四种分布形式：无位向分布、同心圆分布、呈辐射状分布和沿锻造十字的偏析区分布（如图3－6～3－9所示）。
图3－6 白点的无位向分布图3－7 白点的辐射状分布
图3－8 白点的同心圆分布图3－9 白点沿偏析区分布。