白点缺陷在钢中易造成应力集中,严重影响钢的力学性能、破坏钢材的连续性,严重降低产品的使用寿命,具有极大的危害,因此白点的检测与准确定性十分重要,本文主要介绍了白点的几种检验方法和调质状态下几种钢的白点微观形貌特征,供技术人员参考。
白点为金属内部缺陷,其形状为不同长度、不同方向的细微裂纹群,在平行于小裂纹方向的断口上,白点为圆形或椭圆形白色或银色斑点。 目前企业中常用探伤和低倍酸浸法、断口检验法等来检验白点的存在,对于一些已经发生失效的样品常用扫描电镜法检验,几种方法各有利弊。 低倍酸浸检验是目前企业中常用的检验手段,分为热酸浸和冷酸浸两种。热酸浸用的较多,冷酸浸多用于截面较大或工件已基本成型不便做热酸浸蚀的试样。低倍检验常用的检验标准是GB/T1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》,该方法是通过酸洗试片暴露在截面上的细小发纹来判断是否为白点,通过小裂纹的长短和条数判断白点级别,该方法因操作简便在企业中被广泛应用。但这种方法只能对和标准图片描述一致的小裂纹形貌初步判断,形貌和标准不符合时无法定性,特别是对钢中已经发生氢脆但还没有开裂,没有明显白点形貌的情况更是无法检验出缺陷存在。 超声波探伤检验白点是在不破坏样品的情况下进行检验,它最大的优点是探测时保证样品材质与结构的完整,不会破坏其性能,并且不需要机加工制样,同时又可以检验分布到样品心部的白点。但超声波探伤检验也有不足,超声波探伤仪大都是利用A型脉冲波形对缺陷进行判断,不够直观,白点的探伤检验结果只是能检验出有缺陷,定性是否为白点还得根据探伤人员的经验和进一步解剖分析验证完成。另外,有文献记载,白点的伤波特点是幅度不高,为了观察,需要较高的探伤灵敏度,在较低灵敏度下,白点常常无伤波,这样对探伤设备的精度也提出较高要求,精度达不到会无法检测出存在的白点缺陷。 磁粉探伤检验是当金属表面有磁力线通过时,金属表面或近表面的不连续性使磁力线在空气中产生漏磁场,漏磁场吸附磁粉,从而显示出缺陷。磁粉探伤可以显示加工好的试样上的白点,可以保持试样的完整性。但局限性是白点必须暴露在工件表面才能完成检验,无法检测试样内部白点缺陷。 断口检验比较直观,常使用的标准是GB/T1814-1979,该方法是对试样预先刻槽后打断,用肉眼或10倍放大镜观察断口形貌,呈圆形或椭圆形的银白色的斑点即为白点。断口检验是判断是否为白点的比较好的方法,但对于不同的钢种,由于氢含量的差异,有些白点在断口上斑点颜色不明显,显示在断口上与基体颜色类似,肉眼或低倍下很难分辨,这种情况下断口检验无法完成准确定性,并且断口检验属于破坏性检验。 近年来通过扫描电子显微镜观察白点断口的微观形貌越来越得到重视,这种方法是失效分析不可缺少的手段之一。电镜检验和低倍断口检验制样方法相同,只是用电镜做高倍微观形貌观察,通过高倍观察白点形貌特征来定性,它特别适用于因白点而发生失效的断裂样品。对于低倍下白点特征不明显的样品,通过扫描电子显微镜断口微观形貌判断缺陷性质也是很好的方法。电镜观察白点需要对断口进行分析,因此也属于破坏性检验。 通过电镜观察断口的微观形貌来判断白点缺陷,现在还没有标准图谱,需要技术人员积累更多的资料,为将来能出一套白点缺陷微观形貌标准图谱做准备。下面是本人对生产中几种常见钢种调质态白点的微观形貌分析,供参考。 图1是42CrMoS4调质态白点断口形貌。调质态42CrMoS4,连铸轧制成材后取样。经断口微观形貌观察后发现:裂纹源发生在白点区,并以放射状扩展,在试样的边缘有1.7毫米的环形瞬断区(见图1(a));裂纹源处白点呈圆形密集分布,白点颜色比基体略暗,白点多存在于凹陷处,白点周围有储存气体的显微气孔(见图1(b));断口上最大白点尺寸为50 μm(见图1(c)),白点壁平滑,白点区与基体有明显的分界区;白点中心处都有一核心,核心能谱分析为硫化物夹杂,白点以夹杂物为核心向四周扩展(见图1(d))。白点处微观形貌为碎条状(见图1(e));白点与基体过渡区域形成了小韧窝(见图1(f)),此类白点又称鱼眼白点,既白点中心以夹杂物、气孔、夹渣等为核心向四周扩展,像鱼的眼睛一样,因此称鱼眼白点,裂纹首先从白点核处萌生,然后扩展为圆形或椭圆形斑点。有资料记载鱼眼白点属于可逆白点,只有在拉伸至颈缩阶段才形成,即检验前无开裂,能通过去氢处理或长时室温置放消除氢脆性,再拉伸至颈缩阶段也不会形成白点,所以是可逆的。这种拉伸白点也有人称为白斑,因为这种白点可以通过扩氢处理消除,在低倍试片上也看不到裂纹,所以有人认为这种白点属于氢脆,而不是白点,但从成因上分析,它和白点都是因氢气和应力共同作用的结果,无论是称为“白点”或者“白斑”,能够准确定性后采取措施预防改善是最终目的。 调质态G20Cr2Ni4,模铸轧制成材后取样,断口微观形貌如图2所示。白点呈椭圆形,白点区比基体组织略粗,颜色略暗(见图2(a))。白点区交替存在冰糖状沿晶断口和褶皱状断口(见图2(b))。冰糖状沿晶断口的颗粒较大,平均尺寸100 μm,有光滑的自由表面(见图2(c))。褶皱断口高倍观察为碎条状(见图2(d)。白点与基体过渡区域有明显分界(见图2(e)),基体也为冰糖状断口,但冰糖状晶粒尺寸比白点区小,平均晶粒尺寸为30 μm(见图2(f))。 图3是连铸轧制成材后调质态5CrNiMo白点断口形貌。白点颜色比基体略暗(见图3(a)),白点在高倍下为浮云状断裂形貌(见3(b),边缘有蛀道状花样或称鸡爪纹花样[6](见图3(c)),蛀道花样处聚集条状夹杂物,能谱分析为硫化锰夹杂(见图3(d)),白点与基体过渡区域形成了小韧窝(见图3(e)),基体为解理断裂形貌(见图3(f))。(1) 根据样品特点选择不同的白点检验方法。可以破坏的样品,可选择宏观断口检验;大型不能破坏的锻轧件,可选择超声波探伤或磁粉探伤检验;对于经过热处理的样品或失效断口等,可选择用扫描电镜微观形貌分析来定性。(2) 文中介绍的几种钢的白点缺陷,虽然都是经过调质处理,但它们的微观形貌却都不同,因此我们在检验时,要根据具体情况综合分析判断,达到准确定性的目的。(3) 实际工作中多积累不同钢种,不同状态下白点微观形貌图片,为形成标准图谱做准备。来源:热加工论坛
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