01 Quá nhiệt và cháy
Khi kim loại bị nung quá nóng hoặc giữ ở nhiệt độ quá lâu trong quá trình gia công, cấu trúc hạt sẽ thô hóa — đó là hiện tượng quá nhiệt. Nếu đẩy nhiệt độ tiệm cận điểm nóng chảy hoặc vượt ngưỡng quá xa, các thành phần có điểm nóng chảy thấp tại biên giới hạt có thể thực sự bị chảy và làm suy yếu cấu trúc; đó là hiện tượng cháy (nấu quá chín).
Quá nhiệt biểu hiện dưới dạng bề mặt thô ráp, rỗ, kết cấu vỏ cam và hạt thô. Độ bền hợp kim không giảm nhiều, nhưng độ dai va đập ở nhiệt độ phòng và độ dẻo bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Vật liệu trở nên giòn, và vết nứt gãy cho thấy các mặt tinh thể thô. Dưới độ phóng đại cao, bạn sẽ thấy các hạt đẳng trục thô, có thể là pha thứ hai thô hoặc cấu trúc Widmanstätten. Quá nhiệt không nhất thiết là tình trạng phế phẩm — đôi khi có thể khắc phục bằng cách biến dạng lại hoặc xử lý lại, hoặc hạ cấp cho các ứng dụng ít khắt khe hơn.
Cháy còn tệ hơn: bề mặt trở nên nhám, biên giới hạt thô hóa, duỗi thẳng và trông như có lông, đồng thời có thể xuất hiện vết nứt cùng lớp màng oxy hóa dễ bị chảy. Độ bền liên kết giảm mạnh. Về vi cấu trúc, bạn sẽ thấy biên giới hạt thô, lỗ rỗng bị chảy hoặc cầu eutectic, mạng pha lỏng và các lỗ rỗng không đều tại nơi nhiều hạt gặp nhau. Sau khi cán hoặc đùn, hãy dự phòng nứt tại biên giới hạt, nứt mép trên tấm, nứt hở hoặc nứt bung trên đầu thanh, hoặc các chi tiết bị vỡ toác — vùng nứt cho thấy dendrit thô và dấu vết chảy.
Những nguyên nhân thường gặp: nhiệt độ nung quá cao, thời gian giữ nhiệt quá dài, hoặc để vật liệu quá lâu gần nguồn nhiệt độ cao. Ngoài ra, việc kết thúc gia công nóng ở nhiệt độ quá cao hoặc lưu lại quá lâu trong vùng nóng cũng là nguyên nhân. Và nếu hợp kim chứa các nguyên tố có điểm nóng chảy thấp hoặc tạp chất phi kim loại có điểm nóng chảy thấp với hàm lượng quá lớn, thì bạn đang tự chuốc rắc rối vào mình.
02 Nứt và hiện tượng nứt
(1) Nứt do gia công: Nguyên nhân xuất phát từ thông số quy trình không phù hợp hoặc khuyết tật dụng cụ. Chúng được phân thành nứt nóng và nứt nguội — sự khác biệt nằm ở tổ chức vi mô xung quanh: nứt nóng không cho thấy thay đổi rõ rệt, nứt nguội cho thấy biến dạng mạnh. Về hình thái, có thể gặp các loại nứt dọc, nứt ngang, nứt mép, nứt miệng hở, nứt xoắn ốc, nứt ngang chu kỳ, nứt gãy, nứt chéo 45° và nứt không đều. Theo vị trí: nứt cục bộ, nứt đầu, nứt bề mặt, nứt tâm và nứt liên tinh thể.
Để chẩn đoán các vết nứt trong quá trình gia công, cần xem xét cả bản thân kim loại lẫn các điều kiện của quy trình.
Các yếu tố phía kim loại: thành phần hợp kim và mức độ tạp chất; khuyết tật phôi đúc như rỗ nguội, vết xước và hiện tượng tiết pha trên bề mặt, cùng với co ngót, độ xốp, tạp chất phi kim và phân ly bên trong — những điều này khiến khả năng nứt cao trong quá trình gia công. Cấu trúc cột phát triển tốt nhưng bề mặt yếu dễ bị nứt dọc theo biên giới hạt hoặc mặt phẳng yếu. Ngoài ra, nếu hợp kim đã xuất hiện vết nứt, cháy, quá nhiệt hoặc phân bố pha thứ hai kém ở các bước trước — hoặc có cấu trúc không đồng đều hay vi nứt do chuyển pha — thì nguy cơ hỏng hóc là rất cao.
(2) Nứt do xử lý nhiệt
① Nếu hợp kim có ứng suất dư cao và ứng suất nhiệt từ quá trình gia nhiệt cùng chiều với nó, tải trọng tổng hợp có thể vượt quá độ bền của kim loại và gây nứt.
② Trong quá trình nung nóng, nếu pha thứ hai tiết ra dọc theo biên giới hạt, nó tạo ra ứng suất bổ sung — hoặc bản thân sự chuyển pha cũng có thể gây ra rõ rệt
03 Tạp chất
Tạp chất là các vật liệu kim loại hoặc phi kim loại lạ bị lẫn vào bề mặt hoặc cấu trúc nền của sản phẩm, có ranh giới phân cách rõ ràng và tính chất khác biệt so với kim loại nền.
Trong các sản phẩm đã qua xử lý, tạp chất thường xuất phát từ các hạt kim loại chưa nóng chảy trong thỏi đúc, các tinh thể sơ cấp lớn, hoặc kim loại lạ bị lẫn vào — hoặc từ các hợp chất kim loại, silicat và chất phủ.
Phân loại và đặc điểm cơ bản giống như đối với sản phẩm đúc. Ở sản phẩm gia công biến dạng, tạp chất thường có dạng hạt, kéo dài theo hướng gia công, có hình dạng và màu sắc rõ rệt, cùng ranh giới phân chia rõ ràng. Có thể quan sát chúng dưới kính hiển vi luyện kim mà không cần ăn mòn.
04 Vết lõm do dị vật
Khi các hạt kim loại hoặc phi kim bị ép vào bề mặt sản phẩm, đó là hiện tượng lõm do tạp chất lạ.
Vết lõm kim loại có ranh giới rõ ràng với lớp nền, đường viền sắc nét và ánh kim loại khác biệt. Chúng xuất hiện dưới dạng điểm hoặc khối, và khi bong ra sẽ để lại các hố lõm. Vết lõm phi kim loại có hình dạng và màu sắc đa dạng, giòn hơn, không có ánh kim loại và phân bố thành điểm, tấm hoặc dải theo hướng gia công — rất khó bong ra.
Tạp chất có nguồn gốc từ đâu? Vảy oxit từ quá trình gia nhiệt, dầu bôi trơn bám trên khuôn và chi tiết, mảnh vụn khuôn và vật liệu bám dính, phoi kim loại, ba via và rìa từ các cạnh bị nứt, cặn lò và dầu, tạp chất trong nhũ tương làm mát, và vật liệu lạ trong đường cán hoặc trên tấm dẫn hướng.
05 Bong bóng
Sau khi gia công hoặc ủ, bề mặt xuất hiện các vết phồng dạng dải hoặc dạng bong bóng dọc theo hướng gia công. Khi cắt ra, các vết phồng này để lộ một khoang rỗng, hiện tượng này được gọi là phồng rộp.
Bọt khí thường xuất hiện dưới dạng các dải mịn, kéo dài theo hướng gia công. Khi cắt mặt cắt ngang, thành bên trong có màu kim loại sáng bóng, đôi khi có oxit hoặc các tạp chất khác. Chúng thường phân bố đối xứng ở cả hai bên và rõ rệt hơn ở các tấm mỏng, dải hoặc ống thành mỏng. Nguyên nhân chính bao gồm độ xốp của thỏi đúc, lỗ co ngót, kiểm soát khí quyển lò nung không đúng trong quá trình ủ phôi, nhiệt độ lò quá cao, độ khớp kém giữa phôi đùn và thùng chứa hoặc đệm, bôi trơn quá mức kim xuyên, vệ sinh thùng chứa không đầy đủ, hoặc kim xuyên bị nứt.
06 Cán mỏng
Xuất hiện khe hở theo chiều dày của sản phẩm, tách thành các lớp dọc theo hướng gia công.
Sự liên kết giữa các lớp không hoàn toàn, với các vùng lớn hơn đôi khi chứa oxit hoặc tạp chất trung tâm. Hiện tượng này thường gặp ở dải mỏng hoặc sau khi hàn dải mỏng. Kiểm tra gãy của ống hoặc thanh cũng có thể phát hiện sự tách lớp trên bề mặt gãy.
Các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tách lớp bao gồm: lỗ khí bị giữ lại, co ngót, hoặc tạp chất trung tâm trong thỏi đúc tồn tại qua quá trình gia công và tạo thành các lớp; phân bố độ giảm tiết diện không hợp lý trong cán nóng tấm và dải, với độ giảm tiết diện quá lớn mỗi lần cán; nung nóng phôi không đều, với nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp; bôi trơn quá mức trên phôi đùn hoặc kim xuyên, kim xuyên bị nứt, hoặc loại bỏ không hoàn toàn phần đuôi co ngót sau đùn, dẫn đến tách lớp trong quá trình kéo hoặc cán tiếp theo.
07 Ăn mòn
Ăn mòn là quá trình bề mặt sản phẩm phản ứng hóa học hoặc điện hóa với môi trường xung quanh, tạo thành một lớp màng trên bề mặt.
Sau khi bị ăn mòn, bề mặt mất đi ánh kim loại và xuất hiện các vết ăn mòn với nhiều màu sắc khác nhau.
Ăn mòn hình thành khi bề mặt sản phẩm không sạch, còn lưu lại nước, nhũ tương hoặc các chất lỏng khác, hoặc khi điều kiện bảo quản không phù hợp—chẳng hạn như khí hậu ẩm ướt hoặc giọt nước tiếp xúc với bề mặt. Ngoài ra, môi trường ăn mòn trong không khí cũng có thể gây ra ăn mòn.
08 Oxy hóa
Hiện tượng rách cục bộ và bong tróc bề mặt sản phẩm được gọi là super skin. Sự xuất hiện của các sợi kim loại dạng kim cong vênh trên bề mặt được gọi là starting system.
Lớp da quá mức hoặc hệ thống khởi đầu thường phân bố liên tục hoặc gián đoạn dọc theo hướng cán. Các vùng bị ảnh hưởng thường chứa vảy oxit hoặc các tạp chất trung tâm khác. Trong ống và thanh, lớp da quá mức xuất hiện dưới dạng biến dạng hình lưỡi hoặc vảy cá dọc theo hướng gia công, có thể trở nên nghiêm trọng trên toàn bộ sản phẩm, tạo thành các nút và vết loét. Các khuyết tật dạng gai phổ biến hơn ở các sản phẩm sau cán.
Các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng super skin bao gồm: khuyết tật bề mặt như vết nứt hoặc không đồng đều trên phôi; nhiệt độ gia công quá cao gây oxy hóa bề mặt, hoặc các bước công đoạn trước để lại các yếu tố ảnh hưởng tiềm ẩn; nhiễm bẩn từ nhũ tương, nước hoặc dầu trên thùng ép hoặc kim xuyên; và khuyết tật dụng cụ hoặc hư hỏng cơ học trong quá trình gia công.
Các nguyên nhân chính của hệ thống khởi động là: vết nứt cuộn và cạnh phôi không đều với các vết lõm bất thường.
09 Nếp nhăn
Nếp nhăn là các vết lõm gợn sóng nhẹ và các vùng nhô lên trên bề mặt sản phẩm, khiến bề mặt trở nên không đồng đều.
Nếp nhăn thường song song với hướng cán hoặc xuất hiện theo đường chéo, dưới dạng một hoặc nhiều gờ phồng có cảm giác tròn đều và bao phủ một vùng rộng hơn. Nguyên nhân chính bao gồm cán không đều, độ thẳng bị cong một chiều, lực căng không đồng đều từ con lăn hoặc ống lót, độ dẻo kém hoặc độ lệch tâm lớn của phôi ống, biến dạng không đồng nhất ở ống thành dày, biến dạng quá mức và điều chỉnh con lăn kém.
Bề mặt rỗ 10
Bề mặt rỗ lỗ chỗ xuất hiện các vết lõm nhỏ dạng điểm tạo nên kết cấu thô ráp, không đồng đều. Hiện tượng rỗ có thể khu trú hoặc liên tục; từng lỗ rỗ riêng lẻ được gọi là vết rỗ, và trường hợp nghiêm trọng được gọi là rỗ nặng. Hiện tượng rỗ do hạt thô gây ra thường được gọi là vỏ cam. Nguyên nhân chính: nhiệt độ ủ quá cao hoặc thời gian ủ quá dài dẫn đến hạt thô; tẩy axit quá mức; tốc độ gia công không đủ khiến bề mặt thô ráp; độ cứng bề mặt trục cán không đồng đều, dụng cụ cán bị mài mòn quá mức, ăn mòn hoặc oxy hóa, hoặc nhiễm bẩn từ kim loại lạ.
11 Hư hỏng cơ học
Các ngoại lực gây ra sự lệch lớp giữa các lớp của sản phẩm hoặc giữa tấm và lá kim loại, dẫn đến các khuyết tật bề mặt như vệt, bó, rỗ, hoặc rãnh sắc. Các dạng thường gặp bao gồm vết mài mòn, vết xước, vết va đập và vết lõm do áp lực.
13 Thành phần không đồng đều, Tổ chức không đồng đều
Sau khi cán hoặc ủ, sự khác biệt đáng kể về thành phần hóa học giữa các phần khác nhau của sản phẩm được gọi là thành phần không đồng đều. Điều này có thể gây ra sự biến đổi về màu sắc hoặc đặc tính biến dạng, hiện tượng phân ly hoặc vùng phân ly có thể nhìn thấy trong kiểm tra vĩ mô, sự khác biệt về cấu trúc vi mô và hiệu suất, thậm chí nứt.