01 Перегрев и пережог
Когда металл нагревают слишком сильно или держат при температуре слишком долго, структура зерна укрупняется — это перегрев. Если подойти близко к температуре плавления или сильно её превысить, легкоплавкие составляющие по границам зёрен могут расплавиться и ослабить структуру; это пережог.
Перегрев проявляется шероховатой, язвенной поверхностью, текстурой «апельсиновой корки» и крупным зерном. Прочность сплава падает незначительно, но ударная вязкость и пластичность при комнатной температуре серьёзно страдают. Материал становится хрупким, а изломы показывают крупные кристаллические фасетки. При большом увеличении видны крупные равноосные зёрна, возможно крупная вторая фаза или видманштеттова структура. Перегрев не обязательно означает брак: иногда его можно исправить повторной деформацией или переработкой либо перевести в менее ответственное применение.
Пережог хуже: поверхность становится шероховатой, границы зёрен укрупняются, выпрямляются и выглядят «мохнатыми», могут появляться трещины и оксидная плёнка, склонная к оплавлению. Прочность сцепления резко падает. В микроструктуре обнаруживаются крупные границы зёрен, расплавленные полости или эвтектические сферы, сеть жидкой фазы и нерегулярные поры в местах стыка нескольких зёрен. После прокатки или прессования ожидайте трещины по границам зёрен, трещины кромок на плите, раскрытые трещины на концах прутка или разваливающиеся куски — в трещинах видны крупные дендриты и следы оплавления.
Обычные причины: слишком высокая температура нагрева, слишком долгая выдержка или слишком долгое пребывание рядом с высокотемпературным источником. Также завершение горячей обработки при слишком высокой температуре или задержка в горячей зоне. И если в сплаве есть легкоплавкие элементы или избыток легкоплавких включений, неприятностей не избежать.
02 Трещины и растрескивание
(1) Технологические трещины: возникают из-за неправильных параметров процесса или дефектов оснастки. Делятся на горячие и холодные — различие в окружающей микроструктуре: у горячих трещин нет заметных изменений, у холодных — сильная деформация. По морфологии различают продольные, поперечные, кромочные, открытые, спиральные, периодические поперечные, отрывные, диагональные под 45° и нерегулярные трещины. По расположению: местные, у головки, на поверхности, в центре и межкристаллитные.
Чтобы диагностировать технологические трещины, смотрите и на сам металл, и на условия процесса.
Факторы со стороны металла: состав сплава и уровень примесей; дефекты слитка, такие как спаи, задиры и выпоты на поверхности, а также усадочная рыхлость, пористость, включения и ликвация внутри, — они делают растрескивание при обработке вероятным. Хорошо развитая столбчатая структура со слабой поверхностью склонна к растрескиванию по границам зёрен или по плоскости ослабления. Также если в сплаве уже были трещины, пережог, перегрев или плохое распределение второй фазы на предыдущих шагах — либо неравномерная структура или микротрещины от фазового превращения, — вы сами создаёте условия для отказа.
(2) Трещины при термообработке
① Если в сплаве высокие остаточные напряжения и тепловые напряжения от нагрева совпадают с ними, суммарная нагрузка может превысить прочность металла и вызвать растрескивание.
② При нагреве, если по границам зёрен выделяется вторая фаза, создаётся дополнительное напряжение — или само фазовое превращение может вызвать заметное
03 Включения
Включения — это инородные металлические или неметаллические материалы, внедрённые в поверхность или матрицу изделия, с чёткой границей раздела и свойствами, отличающимися от основного металла.
В обработанных изделиях включения обычно происходят от нерасплавленных металлических частиц в слитке, крупных первичных кристаллов или попавшего инородного металла — либо от металлических соединений, силикатов и покровных средств.
Классификация и характеристики в основном такие же, как у литых изделий. В деформированных изделиях включения обычно зернистые, вытянутые вдоль направления обработки, с характерной формой и цветом и чёткой границей. Их видно под металлографическим микроскопом без травления.
04 Вдавливание инородных частиц
Когда металлические или неметаллические частицы вдавливаются в поверхность изделия, это вдавливание инородных частиц.
Металлические вдавливания имеют чёткую границу с основой, резкие контуры и иной металлический блеск. Они выглядят как точки или блоки, а при отделении оставляют ямки. Неметаллические вдавливания различаются формой и цветом, более хрупкие, лишены металлического блеска и распределяются точками, листами или полосами вдоль направления обработки — их трудно отделить.
Откуда берётся инородный материал? Окалина от нагрева, смазка, налипшая на штампы и детали, осколки штампов и наволакивание, металлическая стружка, заусенцы и бахрома с треснувших кромок, мусор и масло из печи, загрязнения в эмульсии СОЖ и инородный материал в проходе прокатки или на направляющих плитах.
05 Вспучивание
После обработки или отжига на поверхности появляются полосообразные или пузыревидные вздутия вдоль направления обработки. При разрезе эти вздутия вскрывают полость — это называется вспучиванием.
Вспучивания обычно выглядят как гладкие вытянутые полосы вдоль направления обработки. При разрезе внутренние стенки имеют яркий металлический цвет, иногда с оксидами или другими включениями. Часто они распределены симметрично с обеих сторон и сильнее выражены в более тонких листах, лентах или тонкостенных трубах. Основные причины: пористость слитка, усадочные раковины, неправильный контроль атмосферы печи при отжиге заготовки, чрезмерная температура печи, плохое прилегание заготовки к контейнеру или подкладке, избыточная смазка прошивной иглы, недостаточная очистка контейнера или трещины прошивных игл.
06 Расслоение
В направлении толщины изделия появляется разрыв, который расслаивает его по направлению обработки.
Сцепление между слоями неполное, в больших участках иногда присутствуют оксиды или центральные примеси. Это часто наблюдается в тонких лентах или после сварки тонких лент. Исследование излома труб или прутков также может выявить расслоение в поверхности излома.
Основные причины расслоения: запертые воздушные раковины, усадка или центральные примеси в слитке, сохраняющиеся в процессе и образующие слои; неправильное распределение обжатия при горячей прокатке плиты и ленты с чрезмерным обжатием за проход; неравномерный нагрев заготовки со слишком высокой или слишком низкой температурой; избыточная смазка на заготовке или прошивной игле, трещины прошивных игл или неполное удаление усадочного хвоста прессования, что ведёт к расслоению при последующем растяжении или прокатке.
07 Коррозия
Коррозия — это процесс, при котором поверхность изделия химически или электрохимически реагирует с окружающей средой, образуя плёнку на поверхности.
После коррозии поверхность теряет металлический блеск и покрывается коррозионными пятнами разных цветов.
Коррозия возникает, когда поверхность изделия не чистая и на ней остаются вода, эмульсия или другие жидкости, либо при неправильных условиях хранения — например, влажный климат или попадание капель воды на поверхность. Кроме того, коррозию может вызвать агрессивная атмосфера в окружающей среде.
08 Окисление
Местный разрыв и вспучивание поверхности изделия называют «суперкоркой». Появление искривляющихся игольчатых металлических нитей на поверхности называют «запуском».
«Суперкорка» или «запуск» обычно распределяются непрерывно или прерывисто вдоль направления прокатки. В поражённых участках часто есть окалина или другие центральные примеси. В трубах и прутках «суперкорка» выглядит как языкообразное или рыбно-чешуйчатое вспучивание вдоль направления обработки, которое может охватывать всё изделие, образуя узлы и изъязвления. Шиповидные дефекты чаще встречаются в изделиях после прокатки.
Основные причины «суперкорки»: поверхностные дефекты заготовки, такие как трещины или неровности; слишком высокие температуры обработки, вызывающие окисление поверхности, либо предыдущие шаги процесса, оставившие ловушки характеристик; загрязнение эмульсией, водой или маслом на прессовом контейнере или прошивной игле; а также дефекты оснастки или механические повреждения при обработке.
Основные причины «запуска»: трещины валков и неровные кромки заготовки с нерегулярными впадинами.
09 Складки
Складки — это лёгкие гофрированные впадины и возвышения на поверхности изделия, делающие её неровной.
Складки обычно совпадают с направлением прокатки или идут по диагонали, как одиночные или множественные округлые возвышения, охватывающие большую площадь. Основные причины: неравномерная прокатка, односторонний изгиб при правке, неравномерное натяжение от валков или втулок, плохая пластичность или значительный эксцентриситет заготовок труб, неравномерная деформация в толстостенных трубах, чрезмерная деформация и плохая настройка валков.
10 Язвенная поверхность
Язвенная поверхность имеет мелкие точечные впадины, создающие неровную, шероховатую текстуру. Язвы могут быть локальными или сплошными; отдельные язвы называют «рябинами», а тяжёлые случаи — «рябой поверхностью». Язвы от крупного зерна обычно называют «апельсиновой коркой». Основные причины: слишком высокая температура или слишком долгий отжиг, ведущие к крупному зерну; перетрав; недостаточная степень обработки, оставляющая поверхность шероховатой; неравномерная твёрдость поверхности валков, чрезмерный износ, коррозия или окисление прокатного инструмента либо загрязнение инородным металлом.
11 Механические повреждения
Внешние силы вызывают смещение между слоями изделия или между листом и фольгой, оставляя на поверхности следы в виде полос, жгутов, вмятин или острых канавок. Обычные виды: потёртости, царапины, ушибы и вмятины от давления.
13 Неоднородность состава и структуры
После прокатки или отжига значительные различия химического состава по разным участкам изделия называют неоднородностью состава. Это может вызывать разброс цвета или деформационных характеристик, видимую ликвацию или зоны ликвации при макроисследовании, различия микроструктуры и свойств и даже растрескивание.