Page 24 - 2017物理第四期

王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ４ 讲 金相分析技术( 下)

各区域的组织特征、 铸态组织、 表面组织变形等各种 接头, 很难使用一种侵蚀剂同时显示两种材料的显
缺陷时都需要对金相试样进行侵蚀.材料不同, 其 微组织, 这时就要看重点关注哪一种材料, 若关注合
显微组织不同; 同一种材料热处理状态不同, 其显微 金钢, 则按合金钢的要求侵蚀; 反之, 则按不锈钢的
组织也不同.图 １１ 是笔者在失效分析过程中拍摄 要求侵蚀.若要判断裂纹附近是否存在氧化、 脱碳
的几种材料的显微组织图片. 现象, 一般选择腐蚀较深一些, 这样反差会更强烈一
金相显微组织的显示一般按标准方法进行, 侵 些, 是否存在氧化、 脱碳现象便可以一目了然; 若是
蚀不可过轻, 也不可过重.但在失效分析中, 则要根 要观察不锈钢的奥氏体晶界是否存在碳化物析出,
据不同的需求和关注点选取侵蚀剂和侵蚀时间.比 不但要轻腐蚀, 最好还要采用电解腐蚀, 最理想的情
如一个由合金钢和不锈钢焊在一起的异种金属焊接 况是碳化物刚好显示清楚, 但却没有发生脱落.

图 １１ 几种材料的显微组织形貌
Fi g 敭１１ Microstructuremor p holo gy ofseveralmaterials
a annealedmicrostructureofTC４titaniumallo y b microstructureofZL１０４aluminumallo y c microstructureofF５１du p lexstainlesssteel
在失效分析中, 通过金相分析可以间接地了解 间的情况下才会与环境中的氧起反应, 并以 CO ２ 的
材料的类型和热处理状态, 通过一些典型的显微组 形式从材料中逸出, 导致材料表层碳含量降低, 形成
织特征还可以判断构件的失效模式.在一起列车车 脱碳层.在实际生产中, 可通过热处理硬化的钢, 其
轮异常磨损的失效分析中发现, 车轮踏面设计要求 淬火温度一般不超过９００℃ , 不会产生明显脱碳 [ ３ ] ;
进行表面淬火处理, 显微组织应为硬度较高的回火 而 铸 造 和 锻 造 工 艺 经 历 的 温 度 较 高, 一 般 在
马氏体, 但实际检测发现踏面表层显微组织为珠光 １２００ ℃ 以上, 在高温环境中经历的时间也比较长,
体 ＋ 少量铁素体, 显然未进行表面淬火处理, 从而导 材料的表 面 会 产 生 较 为 明 显 的 脱 碳, 组 织 呈 白 亮
致车轮踏面硬度较低、 耐磨性较差, 使用一段时间后 色 [ ４ ] , 见图 １２ ( b ).分析裂纹起始部分是否存在氧
产生异常磨损.金属之间因强力摩擦发生黏着磨损 化脱碳也是判定开裂失效原因的一种重要手段.材
时表层材料会发生变形, 不同材料之间还会发生“ 冷 料热处理后的机械加工, 如磨削工艺不当时, 零件表
焊”, 组织明显细化, 见图 １２ ( a ), 严重时还会出现马 面就会产生较多的磨削热, 形成磨削变质层, 严重时
氏体白亮层.材料中的碳只有在较高温度和较长时 还会产生磨削裂纹 [ ５ ] , 见图 １２ ( c ).

图 １２ 几种失效模式的特征显微组织形貌
Fi g 敭１２ Characteristicmicrostructuremor p holo gy ofseveralfailuremodes
a surfacemicrostructureforadhesivewear b decarbonizationatthecracko p enin g c g rindin g affectedla y er

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