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王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ４ 讲 金相分析技术( 下)

小内裂纹. 要原因是铸锭心部存在的疏松经锻打后形成和微裂
( ４ ) １ 号试样显微组织为珠光体 ＋ 铁素体; ２ 号 纹形态相似的微小缝隙, 充当了裂纹源并形成高应
和 ３ 号试样显微组织为珠光体 ＋ 铁素体 ＋ 少量贝 力集中区域, 在钢中氢和残余内应力的共同作用下
氏体. 钢坯发生了氢致延迟性开裂.
５．５．４ 能谱分析
３ 号试样靠近开裂面处存在微小缝隙, 其内有 ６ 小结
异物填充, 经能谱分析, 缝隙中异物的主要元素成分 金相分析是人们最早利用仪器设备来对材料内
( 质量分数 / ％ ) 为: ８１．３７Fe , １１．３０O , ４．１９Pb . 部组织结构进行分析和研究的一门技术, 经典金相
５．５．５ 综合分析 学甚至比断口学早了一个世纪, 发展至今已有了其
该钢坯在保温炉内经过 ４８h 后发现开裂, 说明 丰富的内涵和外延.简单一些的光学金相显微镜和
钢锭开裂具有静载荷作用下的延迟性特征, 此为氢 制样设施并不需要太多的资金, 却能让人认知材料
致开裂的典型特征.裂纹开口部位和靠近心部均存 的微观结构, 解释材料在性能方面的种种变化.当
在新鲜的断裂面, 说明钢坯是在较低温度下开裂的, 失效件因裂纹太浅而无法打开进行断口分析( 如磨
开裂前 ３ 号 试 样 位 置 和 １ 号 试 样 位 置 并 不 相 通, 削开裂、 接触疲劳失效、 热疲劳失效等), 或者断裂面
３ 号试样位置不会接触到外界的氧化性气氛. ３ 号 受到了严重污染, 无法观察断口的细微特征( 如应力
试样 SEM 形貌可见致密的氧化腐蚀产物, 经能谱 腐蚀、 腐蚀疲劳、 高温蠕变失效等) 时, 金相分析技术
分析主要为铁的氧化物, 说明它们在钢坯开裂前就 就显得尤为重要, 也会展现出其独特的一面.金相
已经存在. ３ 号试样剖面 SEM 形貌可见微小缝隙, 分析是目前应用最为广泛的材料分析技术之一, 大
其中充满了灰色异物, 其形态与非金属夹杂物形态 多数企业都有自己的金相试验室, 金相分析技术在
差异较大, 其本质是钢坯中的疏松经过锻打后其形 分析原材料质量、 热处理质量、 焊接质量、 材料缺陷、
态由铸态时的微小孔洞变为微小的缝隙, 跟微裂纹 表面加工状态( 如加工刀痕、 过渡圆角半径等) 等方
形态相似, 具有极高的应力集中效应.钢坯在凝固 面都具有非常独特的作用和地位.
过程中, 高熔点部分先凝固, 材料中的气体和一些低 ( 未完待续)
熔点杂质金属( 如铅) 会被后凝固的钢液带到心部,
参考文献:
随着温度的降低其在钢中的溶解度大幅度下降而析
出, 最后凝固时其中较多的气体被先凝固金属封闭 [ １ ] LIL , WANGR．Failureanal y sisonfractureofworm
而无法逸出, 同时后凝固的心部因无充足液态金属 g ear connectin g bolts [ J ] ．En g ineerin g Failure
补充而形成疏松, 从钢中析出的氧化性气体在较高 Anal y sis , ２０１４ , ３６ : ４３９Ｇ４４６．
温度下与其附近的金属发生反应形成氧化 腐蚀产 [ ２ ] 王荣 ． 不锈钢换热器板片泄漏原因分析[ J ] ． 理化检验 Ｇ
物理分册, ２００６ , ４２ ( ５ ): ２５５Ｇ２５７．
物, 并成为金属中的氢陷阱. １ 号试样和 ３ 号试样
[ ３ ] 王广生 ． 金属热处理缺陷分析及案例[ M ] ． 北京: 机械
近开裂面处微小的内裂纹是氢致裂纹的又一个典型
工业出版社, ２００７ : １０１Ｇ１０２．
特征. １ 号、 ２ 号和 ３ 号试样的显微组织主要为珠光
[ ４ ] 王荣 ．３０CrMo钢油管 接 头 开 裂 原 因 分 析 [ J ] ． 金 属 热
体 ＋ 铁素体, 基本上未发生组织变化, 钢坯由锻造温
处理, ２００６ , ３１ ( ４ ): ７３Ｇ７６．
度降低到室温时主要表现为热应力型残余内应力, [ ５ ] 王荣, 李玲 ． 导辊外圆表面剥落开裂原因分析[ J ] ． 物理
具体为心部受拉应力, 表面受压应力.当钢坯心部 测试, ２００６ , ２４ ( ５ ): ４９Ｇ５１．
微小缝隙处的氢含量或该处的应力强度因子达到氢 [ ６ ] 孙明正, 王荣, 杨星红 ． 履带吊车超起桅杆拉杆断裂失
脆断裂的门槛值后, 便会发生氢致延迟性开裂. 效分析[ J ] ． 理 化 检 验 Ｇ 物 理 分 册, ２０１３ , ４９ ( 增 刊 ２ ):
５．５．６ 结论 １７４Ｇ１７９．
该钢坯开裂性质为氢致延迟性开裂.开裂的主

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