01 过热与过烧
当金属在加工过程中加热温度过高或保温时间过长时,晶粒组织会粗化——这就是过热。如果温度接近熔点或严重超温,晶界处的低熔点成分可能熔化并削弱组织,这就是过烧(烧焦)。
过热的表现为表面粗糙、有麻点、橘皮状纹理和粗大晶粒。合金强度下降不大,但室温冲击韧性和延展性显著降低。材料变脆,断口呈粗大结晶状断面。高倍下可见粗大的等轴晶,可能伴有粗大的第二相或魏氏组织。过热不一定报废——有时可通过再变形或再加工挽救,或降级用于要求不高的场合。
过烧更为严重:表面粗糙,晶界粗化、平直且呈毛状,可能出现裂纹及易熔的氧化膜。结合强度急剧下降。显微组织可见粗大晶界、熔化空洞或共晶球、液相网络以及多个晶粒交汇处的不规则孔洞。轧制或挤压后,会出现晶界裂纹、板材边裂、棒材端部开花或开裂,或工件断裂——断裂区域可见粗大枝晶和熔化痕迹。
常见原因:加热温度过高、保温时间过长,或长时间靠近高温热源。此外,热加工结束温度过高或在高温区停留过久也会导致问题。若合金含有低熔点元素或过多的低熔点夹杂物,则更易出现问题。
02 裂纹与开裂
(1)加工裂纹:由工艺参数不当或工装缺陷引起。可分为热裂纹和冷裂纹——区别在于周围显微组织:热裂纹周围无明显变化,冷裂纹周围有严重变形。形态上可见纵向、横向、边部、张口、螺旋、周期性横向、断裂、45°斜向及不规则裂纹。按位置分:局部、头部、表面、中心及晶间裂纹。
诊断加工裂纹时,需同时考虑金属本身及工艺条件。
金属侧因素:合金成分和杂质含量;铸锭缺陷,如表面冷隔、疤痕和渗出物,以及内部缩孔、气孔、夹杂物和偏析——这些都会在加工过程中导致开裂。发达的柱状晶结构且表面薄弱,容易沿晶界或弱面开裂。此外,如果合金在早期工序中产生裂纹、烧伤、过热或第二相分布不良——或组织不均匀或相变引起的微裂纹——则注定会失败。
(2)热处理裂纹
① 如果合金具有高残余应力,且加热产生的热应力与其叠加,组合载荷可能超过金属强度并导致开裂。
② 在加热过程中,如果第二相沿晶界析出,会产生额外应力——或相变本身可能引起明显的
03 夹杂物
夹杂物是指嵌入产品表面或基体中的外来金属或非金属材料,其与基体金属具有清晰的界面和不同的性能。
在加工产品中,夹杂物通常来源于铸锭中未熔化的金属颗粒、粗大的一次晶体或混入的外来金属,也可能来自金属化合物、硅酸盐和覆盖剂。
其分类和特征与铸造产品基本相同。在锻压产品中,夹杂物通常呈颗粒状,沿加工方向延伸,具有明显的形态和颜色,界面清晰。无需蚀刻即可在金相显微镜下观察到。
04 异物压痕
当金属或非金属颗粒被压入产品表面时,即形成异物压痕。
金属压痕与基体界面清晰,轮廓尖锐,具有不同的金属光泽,呈点状或块状分布,剥落后留下凹坑。非金属压痕形态和颜色多样,较脆,无金属光泽,沿加工方向呈点状、片状或条状分布,难以剥离。
异物来源包括:加热产生的氧化皮、粘附在模具和零件上的润滑剂、模具碎片及粘附物、金属碎屑、裂纹边缘的毛刺和飞边、炉内碎屑和油污、冷却乳化液中的污染物,以及轧制道次或导板上的外来物质。
05 起泡
加工或退火后,表面沿加工方向出现条状或气泡状凸起。切开后,这些凸起内部呈现空腔,称为起泡。
气泡通常表现为沿加工方向的光滑、细长条状。剖切后,内壁呈亮金属色,有时伴有氧化物或其他夹杂物。它们常对称分布于两侧,在较薄的板材、带材或薄壁管材中更为明显。主要原因包括铸锭气孔、缩孔、坯料退火时炉内气氛控制不当、炉温过高、挤压坯料与挤压筒或垫片配合不良、穿孔针润滑过度、挤压筒清理不彻底或穿孔针开裂。
06 分层
产品厚度方向出现间隙,沿加工方向分离成层。
层间结合不完整,较大区域有时含有氧化物或中心杂质。这常见于薄带材或薄带材焊接后。管材或棒材的断口检查也可能在断口表面发现分层。
分层的主要原因是:铸锭中残留的气孔、缩孔或中心杂质在加工过程中形成层状;板材和带材热轧时压下量分配不当,单道次压下量过大;坯料加热不均匀,温度过高或过低;挤压坯料或穿孔针润滑过多,穿孔针开裂,或挤压缩尾未完全去除,导致后续拉伸或轧制过程中出现分层。
07 腐蚀
腐蚀是产品表面与周围介质发生化学或电化学反应,在表面形成膜的过程。
腐蚀后,表面失去金属光泽,并产生各种颜色的腐蚀斑。
当产品表面不清洁,残留水分、乳化液或其他液体,或储存条件不当(如潮湿气候或水滴接触表面)时,就会形成腐蚀。此外,环境中的腐蚀性气氛也可能引发腐蚀。
08 氧化
产品表面局部破裂并翘起称为超皮。表面出现针状金属丝翘起的现象称为起刺。
超皮或起刺通常沿轧制方向连续或间断分布。受影响区域常含有氧化皮或其他中心杂质。在管材和棒材中,超皮沿加工方向呈舌状或鱼鳞状翘起,严重时可扩展至整个产品,形成结疤和疮疤。刺状缺陷在后轧制产品中更为常见。
超皮(super skin)的主要原因包括:坯料表面存在裂纹或不平整等缺陷;加工温度过高,导致表面氧化,或前道工序留下性能隐患;挤压筒或穿孔针上残留乳化液、水或油等污染物;以及加工过程中的模具缺陷或机械损伤。
启动系统(starting system)的主要原因是:轧辊裂纹和坯料边缘不平整,伴有不规则的凹陷。
09 皱纹
皱纹是产品表面轻微的波纹状凹陷和凸起,导致表面不平整。
皱纹通常沿轧制方向分布或呈对角线状出现,表现为单个或多个凸起,触感圆滑且覆盖面积较大。主要原因包括轧制不均匀、单向弯曲矫直度不足、轧辊或衬套张力不均、管坯塑性差或偏心严重、厚壁管变形不均匀、变形量过大以及轧辊调整不当。
10 麻面
麻面表现为细小的点状凹陷,形成不平整的粗糙表面。麻点可呈局部或连续分布;单个麻点称为麻坑,严重时称为麻面。粗晶引起的麻面俗称橘皮。主要原因:退火温度过高或保温时间过长导致晶粒粗大;酸洗过度;加工率不足导致表面粗糙;轧辊表面硬度不均匀、磨损过度、轧制工具腐蚀或氧化,或异物金属污染。
11 机械损伤
外力导致产品或板材与箔材层间错位,表面产生条状、束状、坑状或尖锐沟槽等伤痕。常见类型包括擦伤、划伤、压伤和压痕。
13 成分不均、组织不均
轧制或退火后,产品不同部位化学成分存在显著差异,称为成分不均。这可能导致颜色或变形特性差异,宏观检验可见偏析或偏析带,显微组织和性能存在差异,甚至出现开裂。


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