工大金屬材料失效分析(DOC)

1、3.剛的晶內(nèi)偏析不可以通過(guò)熱處理方法予以消除(X)4. 鋼中氫含量偏高容易導(dǎo)致鋼中出現(xiàn)氣孔和白點(diǎn)（2）5. 魏氏組織會(huì)降低剛的強(qiáng)度，但是可以提高鋼的韌性- -（X）6. 鋼中夾雜物會(huì)降低鋼的塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度（2）7. 鋼的脫碳會(huì)降低鋼的疲勞程度8. 焊縫延遲裂紋一般與焊縫中的含氫量有關(guān)9. 焊縫淬火裂紋一般與焊縫中的馬氏體有關(guān)10. 磨損失效是金屬構(gòu)件失效的主要方式11. 河流花樣和舌狀花樣是脆性斷口和典型微觀形貌特征（2）12. 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是應(yīng)力和腐蝕共同作用的結(jié)果（2）13. 能譜成分分析技術(shù)可以用于鋼中碳含量分析（X）14. 掃描電鏡分析技術(shù)是建立在可見(jiàn)光反射原理基礎(chǔ)之上的（X）1

2、5. 就金屬斷裂而言，正斷可能是韌性的，而切斷總是韌性的（2）1、鋼的晶內(nèi)偏析可以通過(guò)何種熱處理方法予以消除?擴(kuò)散退火鋼加熱到上臨界點(diǎn)（Ac3或Accm）以上的較高溫度（一般為10501250C），經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的充分保溫, 然后緩冷的熱處理叫擴(kuò)散退火，也叫均勻化退火。這種退火的目的是，借原子在高溫下可以較快的擴(kuò)散，減少或消除 各種合金元素及非合金元素在鋼中的顯微偏析，使化學(xué)成分趨于均勻化，以達(dá)到改善鋼的組織，提高鋼的力學(xué)性能的 目的。2、鋼中S P雜質(zhì)元素容易造成哪些性能缺陷?S以Fes形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)es和Fe形成低共熔化合物，引起熱脆。p雖然可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)引起塑性和沖擊韌性

3、的下降，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升，弓I起冷脆。3、鋼中H元素容易造成哪些性能缺陷?鋼中溶解的氫會(huì)導(dǎo)致氫脆，白點(diǎn)和氫致延遲斷裂等缺陷一是引起氫脆，即在低于鋼材極限應(yīng)力的作用下，經(jīng)一定的時(shí)間后，突然斷裂。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細(xì)微 裂紋缺陷，即白點(diǎn)，白點(diǎn)使鋼材的沖擊韌性降低得很多。在鋼材縱端面上呈光滑的銀白的斑點(diǎn)，在酸洗后的端面上呈 較多的發(fā)絲狀裂紋，白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時(shí)可能接近于零值。 因此具有白點(diǎn)的鋼是不能用的，這類缺陷主要發(fā)生在合金鋼中。4、魏氏組織對(duì)鋼有哪些危害作用?（1）.在最終熱處理會(huì)有增大變形的傾向；（2）.使鋼的力學(xué)性能尤其是塑性和沖擊

4、韌性顯著降低，同時(shí)使脆 性轉(zhuǎn)折溫度升高。魏氏組織不僅晶粒粗大，而且由于大量鐵素體針片形成的脆弱面，使金屬的韌性急劇下降，屈服強(qiáng)度當(dāng) 然也會(huì)降低。5、鋼中夾雜物會(huì)降低鋼的哪些性能?鋼中夾雜物包括 C、Si、Mn、S、P、N、H、O等C:隨著鋼中碳含量的增加，碳鋼硬度上升，塑性和韌性降低。在亞共析范圍內(nèi)隨著碳含量增加，抗拉強(qiáng)度不斷提 高。超過(guò)共析范圍后，抗拉強(qiáng)度隨碳含量的增加減緩，最后發(fā)展到隨碳含量的增加抗拉強(qiáng)度降低。另外，含碳量增加 時(shí)碳鋼的耐蝕性降低，同時(shí)碳也使碳鋼的焊接性能和冷加工（沖壓、垃拔）性能變壞。Si:硅含量的提高，鋼的抗拉強(qiáng)度提高，屈服點(diǎn)提高，伸長(zhǎng)率下降，鋼的面縮率和沖擊韌性顯著降

5、低。Mn :錳對(duì)碳鋼的力學(xué)性能有良好的影響，它能提高鋼熱軋后的硬度和強(qiáng)度，原因是錳溶入鐵素體中引起固溶強(qiáng)化。 S:產(chǎn)生熱脆P：磷能提高鋼的強(qiáng)度，但使塑性和韌性降低，特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇上升，即提高鋼的冷脆性N:氮引起碳鋼的淬火時(shí)效和形變時(shí)效，從而對(duì)碳鋼的性能發(fā)生顯著的影響。由于氮的時(shí)效作用，鋼的硬度、強(qiáng)度 固然提高，但是塑性和韌性降低，特別是在形變時(shí)效的情況下，塑性和韌性的降低比較顯著。H: 是引起氫脆，二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細(xì)微裂紋缺陷一一白點(diǎn)。白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面 收縮率和沖擊韌性降低得更多0:氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，這些夾雜物

6、破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在 靜載荷和動(dòng)載荷的情況下往往成為裂紋的起點(diǎn)。6、脫碳層會(huì)降低鋼的哪些性能?脫碳層會(huì)使得淬火硬度下降，工件表面硬度降低，零件的強(qiáng)度和疲勞性能下降，磨損抗力減弱。7、焊接裂紋的種類及其形成原因?（1）冷裂紋：氫致延遲斷裂。（2）熱裂紋：合金凝固是在一定的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，這是熱裂紋產(chǎn)生的基本原因。 焊縫中的許多雜質(zhì)的凝固溫度都低于焊縫金屬的凝固溫度，這樣首先凝固的焊縫金屬把低熔點(diǎn)的雜質(zhì)推擠到凝固結(jié)晶 的晶粒邊界，形成了一層液體薄膜，又因?yàn)楹附訒r(shí)熔池的冷卻速度很大，焊縫金屬在冷卻的過(guò)程中發(fā)生收縮，使焊縫 金屬內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力把凝固的焊縫金屬沿晶粒邊界拉開(kāi)，又沒(méi)有足夠的

7、液體金屬補(bǔ)充時(shí)，就會(huì)形成微小的裂 紋，隨著溫度的繼續(xù)下降，拉應(yīng)力增大，裂紋不斷擴(kuò)大，這就是凝固裂紋。8材料失效的三種方式? 腐蝕：金屬材料與周圍環(huán)境作用發(fā)生物理溶解、化學(xué)作用、電化學(xué)作用使金屬材料遭到損壞。磨損：相互接觸并 相互運(yùn)動(dòng)的物體，由于機(jī)械、物理和化學(xué)作用，造成物體表面材料的位移及分離，使表面形狀、尺寸、組織及性能發(fā) 生變化。變形與斷裂：金屬材料在外力的作用下，形狀和尺寸發(fā)生變化，嚴(yán)重情況下發(fā)生斷裂9、材料失效的四種原因?（1）疲勞斷裂（2）靜態(tài)斷裂（3）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（4）延滯裂紋設(shè)計(jì)不當(dāng)、選材不當(dāng)、加工不當(dāng)、操作不當(dāng)設(shè)計(jì)問(wèn)題；材料選擇上的缺點(diǎn)；加工制造及裝配中存在的問(wèn)題；不合理的服役

8、條件。10、耐熱鋼組織劣化的兩種方式？ 氧化失效和高溫蠕變失效（1）因位錯(cuò)的滑移和攀移形成的發(fā)達(dá)的亞結(jié)構(gòu)（2）位錯(cuò)密度下降，第二相碳化物粗化11、韌性斷口的微觀形貌特征是什么?宏觀形貌：纖維區(qū)：暗灰色，凹凸不平；放射區(qū)：灰色，有放射性紋理；剪切唇：光亮灰色，平滑微觀斷口形貌：正斷：微孔聚集形斷裂的韌度花樣；切斷：純剪切的蛇形花樣12、脆性斷口的微觀形貌特征是什么?解理斷口，有河流花樣。沿晶斷裂，有冰糖狀 解理斷口，在掃描電鏡下可看到河流紋樣沿晶斷口，在掃描電鏡下可看到冰糖狀斷口13、能譜分析方法（EDS）不能分析哪些元素?Na原子序數(shù)小于等于12的元素?zé)o法分析，對(duì)N , 0, F元素的分析也不

9、準(zhǔn)確。14、縮孔和縮松的形成原因? 液態(tài)金屬在凝固的過(guò)程中固相收縮速率小于液相收縮速率和凝固收縮速率之和。 鑄件結(jié)構(gòu)方面的原因由于鑄件斷面過(guò)厚，造成補(bǔ)縮不良形成縮孔。鑄件壁厚不均勻，在壁厚部分熱節(jié)處產(chǎn)生縮孔或縮松。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、冒口設(shè)計(jì)不合理等 熔煉方面的原因 液體金屬的含氣量太高，導(dǎo)致在鑄件冷卻過(guò)程中以氣泡形式析出，阻止鄰近的液體金屬向 該處流動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)縮，產(chǎn)生縮孔或縮松。 工藝設(shè)計(jì)的原因15、失效分析的程序?2調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)、了解背景資料、現(xiàn)場(chǎng)取樣。（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研；（2）宏觀分析；1、接受任務(wù)并明確要求。 機(jī)理，提出改進(jìn)方案。（4）金相分析；（5）斷口分析；（6）力學(xué)性能分析3失效件的觀察、

10、分析、實(shí)驗(yàn)。4確定失效原因的（3）成分分析（材料、腐蝕產(chǎn)物、微區(qū)成分分析）；裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展（產(chǎn)生。向擴(kuò)展和正想擴(kuò)展），最）16、疲勞斷裂的三個(gè)階段以及影響疲勞斷裂的因素?三個(gè)階段：疲勞裂紋的萌生（產(chǎn)生不均勻塑性變形，微裂紋） 后失穩(wěn)擴(kuò)展。最終斷裂（剩余的接觸面不足已承受負(fù)荷二瞬間斷裂 影響因素：（1）表面狀態(tài)（表面缺口應(yīng)力集中，表面粗糙度，表面脫碳、氧化等缺陷）。（2）殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響（殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度，表面強(qiáng)化如噴丸、表面淬火等有會(huì)產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力）。應(yīng)力幅值、平均 應(yīng)力大小和循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個(gè)主要因素。17、鍛造金屬內(nèi)部組織缺陷和表面缺陷?表面缺陷：氧化，脫碳，過(guò)

11、熱，過(guò)燒，表面裂紋。開(kāi)裂、脫碳 組織缺陷：晶粒粗大，不均勻，冷硬現(xiàn)象內(nèi)部組織缺陷：過(guò)熱過(guò)燒、帶狀組織，鍛造流線18、高溫蠕變斷裂的三個(gè)階段和兩個(gè)指標(biāo)?三個(gè)階段：減速蠕變階段，恒速蠕變階段，加速蠕變階段 兩個(gè)指標(biāo)：蠕變極限，持久強(qiáng)度二、熱強(qiáng)性指標(biāo)和抗氧化能力19、成分分析、微觀組織分析和斷口分析的常用方法?成分分析：化學(xué)分析法（最準(zhǔn)確），光譜法，能譜法（微區(qū)成分分析）微觀組織分析：普通光學(xué)顯微鏡（0M），掃描電子顯微鏡（SEM），透射電子顯微鏡（TEM） 斷口分析：掃描電子電鏡（SEM）成分分析常用方法：EDS，微觀組織分析SEM斷口分析EDS 成分分析方法分為化學(xué)分析和儀器分析。X射線熒析化學(xué)

12、分析是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法；儀器分析是以物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法，常用的化學(xué)分析方 法主要有：重量分析法滴定分析法比色法電導(dǎo)法；光譜分析法，是根據(jù)物質(zhì)的光譜制定物質(zhì)組分的儀器分析方法，主要有發(fā)射光譜分析，原子吸收光譜分析， 光光譜分昭八、微觀組織分析方法：金相法，用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察組織相、組織組成物質(zhì)和缺陷的數(shù)量、大小分布情況、 拍微觀斷口分析方法：借助金相顯微鏡對(duì)斷口進(jìn)行高放大倍數(shù)的觀察，包括斷口表面的直接觀察及斷口剖面的觀察，找 出裂紋產(chǎn)生的原因和機(jī)理20、無(wú)損探傷檢測(cè)方法有哪幾種?(1)(2)(3)(4)滲透探傷：適合于敞口裂紋（洗凈，噴紅色著色劑，洗凈，噴白色

13、顯影劑）磁粉探傷：適用于表層裂紋射線探傷：（硬X-ray），直觀，對(duì)氣孔敏感，對(duì)垂直裂紋敏感，對(duì)平行裂紋不敏感 超聲波探傷：不夠直觀，對(duì)垂直裂紋很敏感，對(duì)平行裂紋不敏感21、鑄態(tài)金屬中常見(jiàn)的組織缺陷?縮孔、疏松：造成體積收縮、一般容易形成裂紋源、是力學(xué)性能下降。偏析：是組織連續(xù)性下降，脆性增大。金屬在冷凝過(guò)程中，由于某些因素的影響而形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱為偏 析。氣泡和白點(diǎn)：氣泡減少金屬鑄件的有效截面，鑄錠表面存在著氣泡時(shí)在熱鍛加熱時(shí)它們可能被氧化，以致在隨后的鍛 壓過(guò)程中不能焊合而形成細(xì)紋或裂縫。在沸騰鋼及某些合金中，由于氣泡的存在還可能產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致裂縫。白點(diǎn) 長(zhǎng)率則顯著降低，尤其是斷

14、面收縮率與沖擊韌性降低得更多 22、疏松的危害性，主要有以下幾種。 在鑄件中，由于疏松的存在，顯著降低其力學(xué)性能，可能使其在使用過(guò)程中成為疲勞源發(fā)生斷裂。此外，在用作液 體容器或管道的鑄件中，有時(shí)會(huì)存在基本上相互連接的疏松，以致不能通過(guò)水壓試驗(yàn)，或在使用過(guò)程中發(fā)生滲漏現(xiàn)象。 鋼材中如存在疏松，亦會(huì)降低其力學(xué)性能，但因在熱加工過(guò)程中一般能減少或消除疏松，故疏松對(duì)鋼材性能的影響 比鑄件的小。 金屬中存在較嚴(yán)重的疏松，對(duì)機(jī)械加工后的表而粗糙度有一定的影響。23、簡(jiǎn)述焊接接頭的組織及性能 焊縫金屬區(qū)是指焊縫表面和熔合線所包圍的區(qū)域，在凝固后的冷卻過(guò)程中，焊接金屬可能產(chǎn)生硬、脆的淬硬組織甚 至出現(xiàn)焊接裂

15、紋，其性能不低于金屬固體 熔化區(qū)的加熱溫度在固液相的相間，由鑄態(tài)組織和過(guò)熱組織構(gòu)成，可能出現(xiàn)淬硬組織、化學(xué)成分和組織很不均勻、 力學(xué)性能差 過(guò)熱區(qū)有過(guò)熱組織，晶粒顯著粗大，塑性和韌性降低 正火區(qū) 金屬發(fā)生重結(jié)晶，隨后在空氣中冷卻，得到均勻細(xì)小的正火組織，力學(xué)性能良好 部分相變區(qū)，溫度在Ac1Ac3之間，部分金屬發(fā)生了重結(jié)晶，冷卻后得到細(xì)化的鐵素體 24、通過(guò)鍛造和軋制工序，可以改善或消除金屬鑄態(tài)的某些缺陷組織（如疏松、氣泡等），但如果工藝不當(dāng)，便會(huì)產(chǎn) 生缺陷組織。i內(nèi)部組織缺陷（魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物及帶狀組織、表層脫碳）ii表面缺陷（折疊、劃痕、結(jié)疤、表面裂紋、分層）（1）內(nèi)部組織缺陷a .粗大的魏氏體組織在熱軋或停鍛溫度較高時(shí)，由于奧氏體晶粒粗大，在隨后冷卻時(shí)的先析出物沿晶界析出，并以一定方向向晶粒內(nèi)部生 長(zhǎng)，或平行排列，或成一定角度。這種形貌稱為魏氏體組織。魏氏體組織因其組織粗大，使材料脆性增加，強(qiáng)度下降。b .網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織C.鋼材表層脫碳鋼加熱時(shí)，金屬表層的碳原子燒損，使金屬表層碳成分低于內(nèi)層，這種現(xiàn)象稱為脫碳，凡降低了碳量的表面層叫做脫 碳層。一般的鍛造和軋制是在大氣中進(jìn)