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第八节 常见钢铁材料缺点和危害
一、铸造缺点
（一）气孔或气泡
金属在冷凝进程中，由于溶解度的降低，致使部份气体来不及析出而残留到铸件内部便形成了气孔。
气体的来源：气体的溶解度随金属温度的降低而降低，液态金属中溶解的过饱和气体将 析出；钢液内部或型（芯）壁面与液态金属发生化学反映生成的气体；型壁或芯壁面上存在的气体侵入；浇铸进程中产生的气体卷入液态金属中。
气孔或气泡类型：皮下气泡、表面气孔、内部气孔、针孔，形貌见图1-3 二、1-33。气孔的危害：气孔的存在减少了铸件的有效截面，而且由于缺口效应，大大地降低了材 料的强度，若是铸件表面存在气孔，在热加工中被氧化，将致使在后续的加工工序中产生裂纹。
图 1-32 皮下气泡宏观形貌图 1-33 皮下气泡微观形貌 100×
（二）疏松 铸件与钢锭内部因凝固时体积收缩而引发的细小孔隙或组织不致密现象，称为疏松。微观下疏松有晶间疏松和枝间疏松之分，宏观下疏松分为一样疏松和中心疏松，二者在本质上没有区别，只是散布状态不同。
疏松的存在使金属致密性变差，用作液体容器或管道的铸件易显现渗漏。钢材内部的疏松在压力加工进程中有可能被焊合或有专门大程度的改善，但严峻时那么不易排除，会降低材料的力学性能，以致在利用进程中发生断裂。
（三）缩孔 金属在冷凝进程中，由于体积的收缩而在铸锭头部、铸件浇冒口、铸件心部等最后凝固部位得不到液态金属的补充而形成的孔洞称为缩孔，见图1-34。
缩孔是金属结晶时最后凝固的区域，形状特点有漏斗形、喇叭状及不规那么的孔洞，其
周围低熔点杂质富集，常伴有严峻的疏松、夹杂物和成份偏析。有时缩孔也可能深切到钢锭中部，形成二次缩孔。
缩孔的存在将显著降低材料的力学性能，乃至在利用进程中引发断裂或其他事故；有缩孔存在的钢锭若是未完全切除或热加工未能良好焊合，在后续加工中会致使其他缺点，如分层、缩孔残余等。缩孔残余见图 1-35。
图
图 1-34 缩孔缺点 图 1-35 缩孔残余
（四）夹杂物
夹杂物可分为非金属夹杂物、非金属夹渣和异金属夹杂。人们适应把非金属夹杂物称作内生夹杂物，把非金属夹渣和异金属夹杂称作外来夹杂物。
1. 非金属夹杂物
金属在冶炼、浇铸和冷却等进程中，各成份之间或金属与炉气、容器等接触所引发的化学反映而形成的产物，和金属在冷凝或温度下降时因溶解度减小等缘故析出的颗粒，称为非金属夹杂物。它的组成除与冶炼方式有关外，更要紧的取决于脱氧方式，改良冶炼工艺只能减少非金属夹杂物的组成和数量，但不能完全排除。钢中非金属夹杂物见图1-36。
2. 非金属夹渣
钢在冶炼时的熔炼渣和浇注时钢水对炉衬、盛钢桶的侵蚀和对浇道的冲洗使得耐火材料落入钢液中所致。
3. 异金属夹杂
冶炼时操作不妥，合金未完全熔化或外来异金属块落入浇道未完全熔化完所致。管体表面异性金属夹杂见图 1-37。
夹杂物的危害取决于组分、数量、形态、大小和散布，它破坏了金属的持续性，容易形成应力集中，造成零件开裂或疲劳损坏，要紧降低材料的塑性。
图 1-36
变形破碎的非金属夹杂物 100× 图 1-37 管体表面异性金属夹杂宏观形貌
（五）偏析 金属在冷凝进程中，由于各组元前后凝固顺序不同而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。
最多见的宏观偏析有锭型偏析和点状偏析，微观偏析有晶内偏析（枝晶偏析）和晶间偏析，枝晶偏析低倍形貌见图 1-38。
偏析会造成材料性能不均匀或产生脆性，但偏析往往是不免的，适当的操纵冷凝速度能够使偏析程度取得改善，还能够通过采纳必然的热处置工艺加以改善和排除。
图
1-38
低倍枝晶偏 析 图 1-39
锻造裂纹
二、锻造与轧制缺点
（一）锻造裂纹 锻件在加热或锻造进程中，由于加热速度过快产生热应力、加热时保温时刻、产生不均匀变形或存在内部缺点等缘故，致使锻件发生开裂，称为锻造裂纹。见图1-39。
锻件显现裂纹后，必需将裂纹打磨清除掉才能够进行后续热处置。
（二）折叠 材料表面金属在锻、轧时压入内部浅表层，形成的缺点称为折叠。
折叠是金属变形进程中已氧化过的表层金属汇合在一路而形成的，是金属产生非均匀变 形所致，通常与原材料表面缺点、坯料的形状、模具的设计、成型工序的安排、润滑情形及锻造操作等有关。折纹与金属流线方向一致，尾部一样呈必然弧度或小圆角，双侧会显现氧
化脱碳现象，它使材料的整体持续性受到破坏，超过加工余量的折叠缺点是不许诺的，见图1-40、图 1-41。
图 1-40 锻造折叠 100× 图 1-41 锻造折叠 50×
（三）划痕 由于机械损伤造成零件或坯料表面呈必然深度的道痕或凹坑，称为划痕。划痕缺点一样比较直，长度不等。表面有划痕的型材进行轧制时易产生细小的裂纹，受压的薄板材容易在划痕处产生应力集中，耐压容器是不许诺有严峻划痕存在的。
（四）带状组织 金属材料中两种组织组分呈条带状沿热变形方向大致平行交替排列的组织。在亚共析钢 中（多见于低碳钢热轧后），珠光体和铁素体呈带状散布，过共析钢在加工变形量较大的情 形下，碳化物也能堆积成带状。16Mn 热轧状态带状组织见图 1-42。
带状组织是成份偏析和热加工工艺不妥两个缘故造成的，钢材显现带状组织使力学性能 显现方向性。
图 1-42 带状组织 100× 图 1-43 脱碳层组织 100×
三、加热进程中的缺点
（一）氧化 钢在氧化性介质中加热时，与氧原子形成氧化铁的现象。
氧化使工件尺寸变小，表面过厚的氧化皮阻碍淬火冷却速度，达不到应有的淬火成效， 使硬度降低。
（二）脱碳 钢在高温加热时，表层的碳浓度被氧化而致使含碳量降低的现象。加热温度越高，时刻越长，脱碳现象越严峻。减轻和避免脱碳的方法是在盐浴炉中加热或采纳爱惜气氛加热、真 空加热、表面涂层爱惜加热等。脱碳层形貌见图1-43。
脱碳会造成钢淬火后硬度不足，疲劳强度降低，容易形成表面淬火裂纹，氧化与脱碳往 往彼此伴随。
（三）欠热 又称加热不足，是加热温度太低或加热时刻太短造成的缺点。欠热会在亚共析钢淬火组织中显现铁素体，造成硬度不足；在过共析钢淬火组织中会存在过量的未溶渗碳体，因碳浓度不够而硬度不足，而且由于奥氏体中合金元素浓度不够高，从而阻碍淬透性；正火时因欠热不能完全排除网状组织或带状组织；球化退火时因欠热组织中会残余粗片状珠光体。
欠热可通过退火或正火来矫正。
（四）过热 钢材过热是一种热加工缺点，引发的缘故是在加热进程中，由于加热温度太高或加热时刻太长，造成奥氏体晶粒明显长大、组织粗化显现魏氏组织等。钢材不严峻的过热可通过退火或正火来矫正。
钢材过热降低钢的强度或阻碍不明显，可是显著降低钢的塑性和韧性，使脆性增大；显现过热后，在淬火进程中会致使发生开裂。
（五）过烧
钢材过烧是由于加热温度太高达到 或接近固相线温度所致，除具有过热特点外，还显现奥氏体晶界氧化或局部熔化的现象，致使零件报废，过烧是无法拯救的缺点。40 钢过烧组织见图 1-44。
钢材过烧致使晶界结合强度弱化，脆性增加，使力学性能严峻下降，在锻、轧塑性变形加工中极易发生开裂。
四、淬火冷却时的缺点
（一）淬火裂纹
图 1-44 40 钢过烧组织 200 ×
在淬火冷却进程中，由于热应力和组织应力过大，致使零件发生开裂，称为淬火裂纹。其特点是裂纹双侧没有氧化脱碳现象，裂纹多由外向内扩展，裂纹起始于尖角或形状尺寸突 变处及各类缺点处，尾部尖锐。淬火裂纹外观形貌见图1-45。
图 1-45 零件表面淬火裂纹
引发淬火裂纹的因素很多，归纳起来要紧有：
1.
化学成份的阻碍：一样来讲，钢的含碳量越高，越容易产生淬火裂纹；合金元素
Cr 、 Mn 及杂质元素P 增进淬火裂纹的形成。
2.
原材料的阻碍：原材料中存在非金属夹杂物、气泡、白点、偏析、粗大第二相等， 易引发淬火裂纹。
3.
淬火前组织的阻碍：晶粒粗大、工具钢碳化物偏析或脱碳、存在网状碳化物，易引发淬火裂纹。
4.
零件形状结构的阻碍：截面急剧转变或有尖角、缺口、孔洞、槽口、模型界限飞边、冲压标记、刻痕、加工刀痕等，易引发淬火裂纹。
5.
淬火介质的阻碍：淬火介质冷却能力越强，越容易产生淬火裂纹。
6.
淬火温度的阻碍：淬火温度越高，越容易产生淬火裂纹。
裂纹的存在降低了材料实际承载能力，裂纹的失稳扩展致使断裂发生，造成事故，裂纹是一种具有严峻危害性的缺点。
（二）淬火变形 淬火时由于应力和相变引发的体积转变致使零件尺寸或形状发生改变称为淬火变形。淬火变形件内部往往存在着应力或不稳固的组织，如不排除将阻碍成品零件尺寸的稳 固，淬火变形缺点较难幸免，过量的变形是不许诺的。
（三）淬火硬度不足 淬火后零件没有达到应有的硬度要求。造成淬火硬度不足的缘故要紧有：
1.
加热温度低，保温时刻短，致使碳和合金元素没有充分溶入奥氏体内，组织中存在未溶铁素体（亚共析钢）或较多未溶碳化物（过共析钢），淬火后马氏体数量不足，造成淬火硬度不足。
2.
表面脱碳，现在磨去表层后，硬度比表面高。
3.
冷却速度不够，工件在淬火冷却进程中发生或部份发生了奥氏体向珠光体、屈氏体
、贝氏体转变，即显现非马氏体组织，现在淬火工件不能取得正常数量的马氏体组织，造成 硬度不足。
4.
过共析钢加热温度太高，保温时刻太长，奥氏体中溶有过量的碳或合金元素，使马氏体转变点Ms 大大下降，淬火后残余奥氏体增多，降低硬度。
（四）淬火硬度不均匀 产生淬火硬度不均匀的缘故要紧有：
1.
淬火前组织不均，如有严峻的偏析等。
2.
淬火时淬火介质搅动不够。
3.
淬火介质中有杂质，如水中有油等。
4.
工件表面状况不一致，如有氧化皮等。
5.
渗碳件表面碳浓度不均。
6.
炉温不均匀或工件摆放不合理等。
五、其它缺点
（一）回火脆性 通常情形下，淬火后钢的韧性随回火温度的升高而持续升高，某些成份钢淬火后在特定 的温度范围内回火或回火后缓冷，韧性反而降低，显现脆性的现象，称为回火脆性。通常应该躲开回火脆性温度区间回火，冷却时在回火脆性温度区间采纳快速冷却。
1. 低温回火脆性
发生在（250～400）℃之间的回火脆性称为低温回火脆性，也称为第一类回火脆性。低 温回火脆性是不可逆的，几乎所有的钢都存在这种脆性，它的产生缘故是在此温度回火时， 从马氏体中析出的碳化物在马氏体条束之间的界面上或晶界上析出，这种硬而脆的碳化物割
裂了基体的持续性，使韧性下降。同时，在此温度区间发生的残余奥氏体的分解也加重了这 种脆性。另外，也与S、P、Sb 等有害元素在晶界、相界上的聚集有关。
2. 高温回火脆性
发生在（450～600）℃之间的回火脆性称为高温回火脆性，也称为第二类回火脆性。高 温回火脆性多发生含Ni、Cr、Mn 的钢中，它是可逆的，如将已产生回火脆性的工件从头加热，然后快冷，其脆性就可排除。发生高温回火脆性的要紧缘故是杂质元素 P、Sn、Sb
等在原奥氏体晶界上聚集，引发晶界弱化造成的。
（二）磨削裂纹 零件在磨削加工时，由于磨削速度过快或磨削量过大产生磨削热，碰到猛烈冷却发生淬火而产生的裂纹。
磨削裂纹一样比较细小、表浅，形状有两种，一种为网状龟裂纹，另一种与磨削方向垂 直的平行线状裂纹。网状龟裂状磨削裂纹见图1-46。
通过表面淬火、渗碳淬火后的零件磨削加工不妥容易产生磨削裂纹。
图 1-46 磨削裂纹 8×
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