10-第十章 低倍檢驗

第十章低倍檢驗第一節(jié)概述本章主要敘述鋼的熱酸蝕試驗、冷酸蝕試驗、電解腐蝕試驗、塔形車削發(fā)紋缺陷檢驗。在金屬材料的宏觀檢驗工作中，酸蝕法是檢驗金屬材料缺陷，評定金屬質(zhì)量的最常用方法之一。酸蝕試驗簡單易行，一般不需要特殊設(shè)備，也不需要嚴(yán)格的試樣制備工序。在鋼材生產(chǎn)和機(jī)器制造工業(yè)中，酸蝕試驗常列為按順序檢驗項目中的第一位。如果一批鋼材在酸蝕檢驗中顯示出不允許有的缺陷或超過標(biāo)準(zhǔn)允許存在的缺陷時，則其它試驗可不必再進(jìn)行。因此，它亦是控制材料質(zhì)量的一種有效方法。對于在生產(chǎn)過程中取樣進(jìn)行酸蝕試驗，如發(fā)現(xiàn)材料或零件有嚴(yán)重宏觀缺陷時，可停止該批材料的加工與生產(chǎn)，避免造成更大的損失。酸蝕和斷口檢驗，都屬鋼的低倍宏觀檢驗，雖然在很多情況下可以同時并用，相互補(bǔ)充，但是各有其適用的范圍。例如鋼中發(fā)裂(白點)，在橫截面酸蝕試樣上能顯示出發(fā)紋及其分布位置，而在縱截面進(jìn)行斷口檢驗時，則顯示出清晰的白點形貌。但顯示枝晶、流線和疏松等，用酸蝕試驗較為合適。鋼的過熱和過燒則在斷口檢驗上最易發(fā)現(xiàn)。對于高碳工具鋼一般要求進(jìn)行斷口檢驗。對韌性較大的結(jié)構(gòu)鋼要求進(jìn)行熱酸蝕檢驗。對于特殊用途或要求嚴(yán)格的鋼材，如滾珠軸承鋼及彈簧鋼等則要求作酸蝕試驗和斷口檢驗。對于在使用中經(jīng)受高交變重載荷的機(jī)器零件來說，鋼材內(nèi)部的純凈度必須保持在較高水平，才能獲得滿意的疲勞壽命，因此用塔形試驗檢查發(fā)紋缺陷成了重要手段。

第二節(jié)試樣的制取

一、取樣酸蝕試樣必須取自最易發(fā)生各種缺陷的部位。根據(jù)鋼的化學(xué)成分、錠模設(shè)計、冶煉及澆注條件、加工方法、成品形狀和尺寸的不同，一般宏觀缺陷有不同的種類、大小和分布情況。在鋼錠的上部以及加工后相當(dāng)于該部位的鋼坯和鋼材上，最容易有縮孔、疏松、氣泡、偏析等缺餡。一般在上小下大的鋼錠軋制方坯中，發(fā)現(xiàn)小頭部位的缺陷較為嚴(yán)重，中部次之，大頭較輕。因此國家標(biāo)準(zhǔn)(GB226-77)中鋼的熱蝕試驗方法里規(guī)定，在接近于鋼錠帽口部位取樣。對于新設(shè)計錠模，用新澆注方法及冶煉新鋼種時，最好解剖鋼錠進(jìn)行酸蝕試驗，以檢驗各種缺陷的分布情況，然后再確定取樣部位。根據(jù)檢驗工作者的經(jīng)驗，一般在冒口以下一段距離內(nèi)組織比較致密，但在此以下又有兩次收縮疏松現(xiàn)象。此時若限于在冒口下取樣則不會發(fā)現(xiàn)最嚴(yán)重的缺陷。對于上大下小的鋼錠底部，由于錠模涂料操作不當(dāng)或涂層過厚，有時會發(fā)現(xiàn)錠外表面滲碳，酸蝕后呈現(xiàn)黑斑。同時該處氣泡及硅酸鹽夾雜也較多，所以此時也需要取底部坯材檢驗。在研究工作中還曾發(fā)現(xiàn)靠近冒口一端的鋼坯頭部是非金屬夾雜物最集中的地方。同時一爐鋼水澆注幾個鋼錠時，在最初和最末的鋼錠中發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷較多，故取樣時必須考慮這些問題。對于檢驗鋼中白點或研究鋼的白點敏感性時，如果在熱鍛或熱軋時切取試樣，其長度應(yīng)大于鍛材或軋材厚度或直徑的尺寸，并按規(guī)定程序進(jìn)行冷卻。如對合金結(jié)構(gòu)鋼或滾珠軸承鋼，退火前應(yīng)在室溫放置24h以上，對低碳合金鋼則放置時間不少于48h，以保證白點有充分孕育形成的時間，同時酸蝕面距坯端的距離應(yīng)不小于其厚度或直徑之半。對于檢驗材料的表面缺陷時，如淬火裂紋、磨削裂紋、淬火軟點等缺陷，則應(yīng)選擇鋼材或零件的外表面進(jìn)行酸蝕試驗。

對于“失效分析”，除了在失效部位選取試樣外，還應(yīng)在未失效的部位選取試樣，進(jìn)行試驗以資比較。

總之，作低倍酸蝕試驗的選樣部位，應(yīng)能代表整體為原則。但必須指出，試樣非經(jīng)特別規(guī)定，均應(yīng)在預(yù)先退火后再作酸蝕試驗。因為硬化狀態(tài)的試樣在熱酸蝕時會自行開裂，這樣就和原來存在的裂紋缺陷無法區(qū)分。在一般酸蝕試樣檢驗中，試樣最好從鋼坯上取，以便酸蝕后容易發(fā)現(xiàn)缺陷。如果鋼坯上無嚴(yán)重缺陷，則對鋼材可不必再做此項檢驗。取樣方向應(yīng)根據(jù)檢驗?zāi)康膩矶?。一般檢驗，多取橫截面試樣以便觀察整個截面情況，若檢驗鋼中流線、應(yīng)變線、條帶組織，則應(yīng)取縱截面的試樣。截取試樣可用鋸、剪切或切割等方法。小型試樣也可用手鋸或砂輪片切割，但無論采用何種方法都必須保留一定的加工余量，以確保酸蝕試樣面仍保持原來的組織狀態(tài)。一般檢驗面距切割面的距離：熱鋸時不小于5mm。剪切時不小于材料直徑或厚度的1／2，但不得小于20mm。用氧乙炔氣割時，一般不小于40mm，最后把熱影響區(qū)全部切除。對于大型件，可在有代表性的局部區(qū)域，經(jīng)機(jī)械車、銑加工后，用橡皮泥作擋酸墻，然后再作酸蝕試驗。二、試樣的制備酸蝕試樣檢驗面的粗糙度應(yīng)根據(jù)檢驗?zāi)康?，技術(shù)要求以及所用侵蝕劑的反應(yīng)強(qiáng)度而定。根據(jù)實際情況與檢驗需要，可用不同的粗糙度試樣，如鋸切，或經(jīng)車床加工，刨床加工，磨床磨光等。如有必要，也可用砂紙細(xì)磨。通常表面粗糙度達(dá)Ral.6μm即可滿足要求。在特殊情況下，較細(xì)的鋸切面也可使用，只有在檢查較細(xì)的組織及缺陷時則需研磨或拋光。

關(guān)于檢驗面的粗糙度，有以下幾點作參考。

鋸切加工面可用于檢驗較大氣孔、嚴(yán)重內(nèi)裂及疏松、縮孔、較大的外來非金屬夾雜物等缺陷。粗、細(xì)車削加工通常用于檢驗小氣孔、疏松，夾雜物，樹枝狀結(jié)晶組織、淬硬層深度、偏析、流線等。磨床磨光面一般用于檢驗鋼的滲碳層和脫碳層深度、帶狀組織、晶粒度、磷偏析和應(yīng)變線等宏觀組織。顯示這些組織的通常方法是用較弱的侵蝕劑在冷狀態(tài)下侵蝕。經(jīng)驗證明，當(dāng)車床刀具在試樣面上的壓力及速度過大時，金屬的流變對宏觀缺陷，如氣孔、夾雜、偏析、發(fā)紋及裂紋等會引起不同程度的掩蓋作用，降低其鑒別率。因此不能用高速切削法制備宏觀檢驗試樣。在研究工作中若檢驗面需要精磨或磨光時，小型試樣可在金相拋光機(jī)上進(jìn)行。一般試樣可用手工操作法，在墊平的砂紙上研磨。大型試樣則最好將試樣面朝上平放，用卷上砂紙的直尺來磨光，也可以在鉆床上，用帶有砂紙的輪盤來加速磨光。用砂輪研磨時，如壓力過大會導(dǎo)致試樣溫度升高，造成局部灼熱現(xiàn)象，使試樣在侵蝕后出現(xiàn)與砂輪加工方向一致的白色難蝕或黑色易蝕條及斑痕，這種現(xiàn)象易被誤認(rèn)為嚴(yán)重層狀組織成其它缺陷。第三節(jié)熱酸蝕試驗一、酸蝕試驗的簡單原理酸蝕試樣的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕范疇。由于試樣的化學(xué)成分不均勻，物理狀態(tài)上的差別，各種缺陷的存在等因素，造成了試樣中許多不同的電極電位，組成了許多微電池。微電池中電位較高的部位為陰極，電位較低的部位為陽極。陽極部分發(fā)生腐蝕，陰極部分不發(fā)生腐蝕，當(dāng)酸液加熱到一定溫度時，這種電極反應(yīng)更加速進(jìn)行，因此加快了試樣的腐蝕。二、酸蝕試驗的設(shè)備酸蝕槽：一般使用鑄鉛槽、耐酸搪瓷缸等，如果小型試樣可用玻璃燒杯。加熱器：用煤氣或電爐均可加熱。中和槽：配制工業(yè)純堿（Na2CO3）濃度為3-5%的稀堿水，用來中和酸蝕后試樣上的殘留酸液。如做小型試樣，該項設(shè)備可不用。

沖洗槽：一般裝有自來水的水槽就可以了，用此槽來沖洗試樣。沖洗刷：用來刷洗試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，一般市售尼龍刷即可。

沸水具：用來沖淋試樣表面，使之快速蒸發(fā)。

吸濕布：一條干燥整潔且無顏色的毛巾，用它來揩吸試樣表面上的水跡。電吹風(fēng)機(jī)：用熱風(fēng)吹干試樣，以防生銹。三、熱蝕試劑用于熱酸侵蝕的試劑較多，且均能達(dá)到侵蝕的目的，為達(dá)到試樣表面上最佳清晰度，酸蝕試劑應(yīng)該具備下列條件：能清晰地顯示出材料中的低倍宏觀組織和缺陷。

侵蝕試劑的配制要簡便，在腐蝕過程中酸液的性質(zhì)要穩(wěn)定，其濃度不應(yīng)有大的變化，酸液與鋼的作用不應(yīng)過劇或過緩。

在使用過程中，揮發(fā)性小，空氣污染要小。按照上述三個原則，表10－1列出幾種常用的熱蝕試劑。根據(jù)試驗要求，可選擇合適的試劑進(jìn)行鋼的熱蝕試驗。四、熱蝕溫度和時間熱蝕溫度對顯示結(jié)果有很重要影響。溫度過高，侵蝕劇烈，酸液容易揮發(fā)且試樣被整體腐蝕，降低了對不同組織和缺陷的鑒別能力。溫度過低，則反應(yīng)遲緩，侵蝕時間要延長。因此，對不同的鋼種，有其不同的侵蝕溫度范圍。表10－1幾種常用的熱蝕試劑侵蝕溫度確定之后，侵蝕時間要根據(jù)鋼種、檢驗要求和試樣被侵蝕面的粗糙度來確定。一般來講，碳素鋼需要時間短些，合金鋼需要時間長些；高合金鋼需要時間更長些。檢驗一般的低倍組織和缺陷，試樣加工面可以粗些，但所需侵蝕時間也就更長些，對較細(xì)微的低倍組織和缺陷，被檢驗面要細(xì)些，侵蝕時間也相應(yīng)短些。表10－2列出了一些常用鋼種所需溫度和時間，供參考。一般根據(jù)實踐經(jīng)驗，在侵蝕接近終了時，先將試樣取出沖洗，觀察其是否達(dá)到要求的程度。如果侵蝕尚淺，可繼續(xù)侵蝕；若侵蝕過度，就必須將試樣面重新加工后才能重復(fù)侵蝕。表10－2不同鋼種試樣熱蝕所需溫度與時間五、熱蝕操作過程首先將配制成的酸液放入酸蝕槽內(nèi)，并在加熱爐上加熱，將已加工好的試樣，用蘸有四氯化碳的棉花將其油污擦洗干凈，用塑料粗導(dǎo)線將試樣扎好，使試樣面向上，然后將試樣置于規(guī)定溫度的酸液槽內(nèi)熱蝕；到溫后，開始計算侵蝕時間，到時間后將試樣從酸液中取出。如果是大型試樣，可先放入堿溶槽里作中和處理，如果是小試樣，可直接放人流動的清水中沖洗。試樣面上的腐蝕產(chǎn)物可用尼龍刷或軟毛刷在流動的清水中刷掉，用事先準(zhǔn)備好的沸水噴淋試樣，并快速用干凈且無顏色的熱毛巾將試樣立即包住，隨后打開毛巾，用電熱風(fēng)機(jī)將試樣面上的殘余水漬吹掉。如果試樣面上存有水漬或其它污垢，應(yīng)放回侵蝕槽中進(jìn)行侵蝕或用稀鹽酸擦洗，然后再取出重新沖洗吹干。經(jīng)過上述操作的試樣即可用肉眼或放大鏡進(jìn)行檢驗。必要時，可立即照相記錄。如果以后要進(jìn)行復(fù)查或作其它用途，則將試樣存放在干燥器中，或在試樣面上涂一層油脂，以防生銹。六、熱蝕試驗注意事項

配制酸液時，必須按照配制化學(xué)試劑原則，先配制水，再緩慢地加入酸。切不可將水倒人酸中，以免發(fā)生酸液濺傷操作者。

酸液應(yīng)保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，不能過高或過低。溫度過高會使酸的揮發(fā)加劇，從而降低酸液濃度，致使酸液的腐蝕作用減弱。酸液溫度過低，會使腐蝕作用減緩，延長試驗時間。熱蝕時間過長，會造成試樣面過腐蝕，從而使試樣重新加工后再次熱蝕。熱蝕時間過短，使鋼材中存在的缺陷不易顯露出來，致使某些缺陷漏檢。連續(xù)使用五次以上的酸液，必須補(bǔ)充新液，否則因酸液的陳舊或過臟影響試驗的正常進(jìn)行。試樣面的粗糙度愈細(xì)，侵蝕后的效果愈好。若試樣面粗糙度粗，則鋼中存在微小的缺陷不易顯示，使整個試樣面上的宏觀組織不能得到全面反映。在流動清水中沖洗熱蝕后的試樣時，應(yīng)均勻洗刷試樣面上的腐蝕產(chǎn)物，否則會在試樣面上留下因洗刷不勻而引起的覆蓋層。熱蝕試驗操作，應(yīng)在通風(fēng)場地或裝有通風(fēng)設(shè)備的房間里進(jìn)行，以免影響操作者的身體健康。第四節(jié)冷酸蝕試驗

冷酸蝕也是顯示鋼的低倍組織和宏觀缺陷的最簡便方法。由于這種試驗方法不需要加熱設(shè)備和耐熱的盛酸容器，因此特別適合于不宜切開的大型鍛件和外形不能破壞的一些大型機(jī)器零部件。冷酸腐蝕對試樣面的粗糙度要較熱酸腐蝕高些，一般要求其粗糙度達(dá)Ra0.80μm。酸蝕的時間以準(zhǔn)確、清晰顯示鋼的低倍組織為準(zhǔn)。

冷蝕法可直接在現(xiàn)場進(jìn)行，比熱蝕法有更大的靈活性和適應(yīng)性。唯一缺點是顯示鋼的偏析缺陷時，其反差對比要較熱蝕效果差一些，因此評定結(jié)果時，要較熱蝕法低1級左右。除此之外，其它宏觀組織及缺陷的顯示與熱蝕法無多大差別。一、冷蝕試劑冷蝕試驗用的試劑較多，常用的冷蝕液配比和適用范圍見表10－3。表10－3幾種長用的冷蝕試劑二、冷酸侵蝕法操作過程

首先用蘸有四氯化碳的藥棉清洗試樣，除去試樣表面和四周的油污，然后將試樣置入冷蝕液中，試樣面向上且被冷蝕液侵沒。

侵蝕時要不斷地用玻璃棒攪拌溶液，使試祥受蝕均勻。到時間后，試樣自冷蝕液中取出并置于流動的清水中漂洗。與此同時用軟毛刷洗刷試樣面上的腐蝕產(chǎn)物。如果試樣面上的低倍組織和缺陷未被清晰顯示，試樣仍可再次置入冷蝕液中繼續(xù)腐蝕，直至顯示出清晰的低倍組織和宏觀缺陷為止。清洗后的試樣用沸水噴淋并用無色的干熱毛巾包住吸水，然后再用電熱吹風(fēng)機(jī)吹干試樣。經(jīng)上述處理的試樣就可用肉眼或低倍放大鏡觀察，并按照相應(yīng)的評級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評級。

三、冷酸擦蝕法操作過程

此方法特別適用于現(xiàn)場腐蝕和不能破壞的大型機(jī)件，具體操作過程如下：試樣表面的清洗方法如同前述，這里不再重復(fù)。取一團(tuán)干凈棉花并蘸吸冷蝕液，不斷地擦蝕試樣面，直至清晰地顯示出低倍組織和宏觀缺陷為止。隨后用稀堿液中和試樣面上的酸液，并用清水進(jìn)行沖洗。最后用酒精噴淋試樣面，使其迅速干燥。干燥后的試樣面即可用肉眼和低倍放大鏡進(jìn)行檢驗和評定。第五節(jié)電解腐蝕試驗電解腐蝕試驗是近年來發(fā)展起來的，它不同于酸的熱蝕試驗和冷蝕試驗，其操作簡單，酸的揮發(fā)性小和空氣污染小，特別適用于生產(chǎn)鋼材廠的大批量大型試樣試驗。一、電解腐蝕的簡單原理鋼在電解液中的腐蝕過程，實際上也是一種電化學(xué)反應(yīng)。從本質(zhì)上講，由于鋼材在結(jié)晶時產(chǎn)生的偏析、夾雜、氣孔、組織上的變化及析出第二相等，使得金屬表面各部分的電極電位不同，因此在電解液中這些不均勻性便構(gòu)成了一種復(fù)雜和多極的微電池，其反應(yīng)如同試樣在鹽酸溶液中的腐蝕過程一樣。其差別只是試樣在外加電壓的條件下，試樣面上各部位的電極電位有了改變，試樣面上的電流密度也隨之改變，這樣便加快了腐蝕速度，達(dá)到了電解腐蝕的目的。二、電解腐蝕裝置電解腐蝕設(shè)備主要由變壓器、電極鋼板、電解液槽、耐酸增壓泵等組成。變壓器的輸出電壓小于20V。電流在0—500A或0-1000A內(nèi)調(diào)節(jié)。電解液槽是用耐蝕的硬塑料制成的。為使酸液有效地保存和使用，在電解槽底下再安裝一個盛酸液的儲存槽，使用時，通過增壓泵將下面的儲存槽內(nèi)酸液壓入上面的電解槽內(nèi)。電解槽內(nèi)安放兩塊普通碳素鋼為陰極，大小及厚薄視電解槽大小和被電解腐蝕試樣（陽極）大小而定。電極板通過導(dǎo)線連接到變壓器上。

為了能顯示輸出的電壓和電流，在電路中串聯(lián)和并聯(lián)電流表及電壓表。電解腐蝕設(shè)備示意圖如圖10—1所示。圖10－1電解腐蝕設(shè)備示意圖1一酸槽，2一電極鋼板3一試樣三、電解腐蝕操作過程配制15-20%容積44的工業(yè)鹽酸水溶液，電解液的溫度為室溫。使用電壓小于20V，電流密度為0.1—1A／cm2。電解腐蝕時間以準(zhǔn)確顯示鋼的低倍組織及缺陷為準(zhǔn)，一般約5-30min。試樣放在兩陰極板間，沿陰極板可排成數(shù)行，腐蝕面要平行于陰極板,試樣面間距不小于20mm。試樣放置完畢，酸液經(jīng)增壓泵進(jìn)入電解槽，并且酸液要完全淹沒試樣為止。通電后，試樣即開始腐蝕，切斷電源反應(yīng)即停止。如果試樣電蝕過淺可繼續(xù)通電進(jìn)行。經(jīng)電蝕后的試樣放在清水中沖洗，并用軟刷子清除試樣表面上的腐蝕產(chǎn)物，隨后用工業(yè)酒精噴淋試樣面，并用電熱風(fēng)機(jī)吹干試樣，最后進(jìn)行檢驗和評定。必須考慮的是，電解腐蝕法所得到的宏觀組織反差程度較低，一般要低1級左右，在按標(biāo)準(zhǔn)評定級別時應(yīng)予以修正。四、電解腐蝕法和熱酸腐蝕法的差別電解腐蝕法主要用于工廠大型鋼材(坯)，及大批量的試樣檢驗。而熱酸腐蝕法主要用于小批量的試樣，試樣不論大小均可進(jìn)行試驗。熱酸腐蝕法為了使金屬腐蝕過程加快，一般要求升高酸液的溫度和增加酸液的濃度，但過高的溫度會降低氧在酸中的溶解度，使化學(xué)過程中吸氧反應(yīng)受到阻礙，金屬的腐蝕就會變慢。因此對某些耐蝕鋼作熱蝕時，需要在酸液中加入硝酸和強(qiáng)氧化劑。電解腐蝕法在一定外加電壓下，試樣各部位的電極電位有了改變，試樣的腐蝕速度主要取決于試樣面所受電流大小。當(dāng)試樣面上的電流密度較大時，其腐蝕速度加快。試樣經(jīng)電蝕后的結(jié)果與熱蝕后的結(jié)果相同，只是宏觀組織反差小些。因此，電解腐蝕法有省時、省酸、操作條件好等優(yōu)點，但顯示的宏觀組織清晰度略差些。電解腐蝕法比熱酸腐蝕法的酸液使用周期長。一般熱酸液使用五次后，就要添加新鮮酸液，而電解腐蝕法的酸可連續(xù)使用。并且熱酸蝕溶液經(jīng)使用后有金屬鹽析出，導(dǎo)致了酸液濃度降低。電解腐蝕中試樣面有局部不受腐蝕的現(xiàn)象，這種情況可能是試樣面與電極板放置的方向有關(guān)，使得電蝕效果變差。在實際操作中，為了消除腐蝕程度差別，可將試樣旋轉(zhuǎn)一定角度再作電蝕。第六節(jié)鋼的低倍組織及缺陷評定一、鋼的低倍組織及缺陷評級適用范圍關(guān)于低倍組織及缺陷評級圖在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)書刊中可以找到，這里不進(jìn)行敘述。鋼的低倍組織及缺陷評定適用于碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼等鋼材(坯)。不同鋼材(坯)低倍組織及缺陷在試樣表面上的形態(tài)不完全一樣，因此在判斷缺陷性質(zhì)時應(yīng)作具體分析。低倍組織及缺陷應(yīng)以肉眼可見為限，在辯明缺陷性質(zhì)時，也可以借助放大鏡。根據(jù)鋼材(坯)尺寸及缺陷性質(zhì)，可參照低倍金相標(biāo)準(zhǔn)中的三套標(biāo)準(zhǔn)評級圖進(jìn)行評定。評級圖一：用以評定直徑邊長為40～150mm圓、方鋼，其低倍組織和缺陷形態(tài)分下列五種。一般疏松1-4級；中心疏松1—4級；一般點狀偏析1—4級；

邊緣點狀偏析1—4級；

錠型偏析1—4級。評級圖二：用以評定直徑或邊長大于150～250mm圓、方鋼，其低倍組織及缺陷形態(tài)分為下列五種。一般疏松1—4級；中心疏松1—4級；錠型偏析1—4級；一般點狀偏析1一4級；邊緣點狀偏析1—4級；評級圖三：用以評定直徑飛邊長為40—250mm圓其低倍組織及缺陷形態(tài)分為下列八種。皮下氣泡；內(nèi)部氣泡；非金屬夾雜；異金屬夾雜；縮孔殘余1—3級；翻皮1—3級；白點1—3級；軸心晶間裂紋1—3級。對于直徑或邊長小于40mm和大于250mm的圓、方鋼及扁鋼的低倍組織及缺陷，根據(jù)供需雙方協(xié)議也可參照上述評定級別進(jìn)行評定。在評定各類低倍組織及缺陷時，當(dāng)輕重程度介于相鄰兩級之間時，可上浮半級，當(dāng)試樣面上的缺陷所占面積百分率超過現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)級別時，則其級別還要向上浮動。對于不要求評定級別的缺陷，只判定缺陷類別。二、鋼的低倍組織及缺陷的特征、評定原則、產(chǎn)生缺陷的原因以及解決或改善缺陷的方法1．一般疏松(見圖10—2)。圖10—2一般疏松圖10—3中心疏松(1)特征在酸蝕試樣表面上表現(xiàn)為組織不致密，呈分散的暗點狀和孔隙，暗點多呈圓形或橢圓形。孔隙在放大鏡下觀察，為不規(guī)則的空洞或圓形針孔。這些暗點和孔隙一般出現(xiàn)在粗大的樹枝狀晶主軸和次軸之間，疏松區(qū)發(fā)暗而軸部發(fā)亮。當(dāng)亮區(qū)和暗區(qū)的腐蝕程度差別不大時則不產(chǎn)生凹坑。(2)產(chǎn)生原因鋼液在凝固時，結(jié)晶核心以樹枝狀晶形式長大，在樹枝狀晶主軸和次軸之間存在著由于鋼液凝固時產(chǎn)生的細(xì)微縮孔和析集一些低熔點組元，氣體和非金屬夾雜物；這些細(xì)微縮孔和析集的物質(zhì)經(jīng)酸蝕后呈現(xiàn)組織疏松。（3）危害性一般疏松在材料內(nèi)部分布區(qū)域較廣，且孔隙和小孔又較偏聚時，將明顯地削弱鋼的疲勞強(qiáng)度和其它機(jī)械性能，同時增大鋼在鍛造時的開裂傾向。

（4）評定原則根據(jù)分散在整個截面上的暗點狀和孔隙的數(shù)量、大小及它們的分布狀態(tài)，并考慮到樹枝狀晶的粗細(xì)程度而定。

(5)改善或消除一般疏松缺陷的方法快速結(jié)晶，使樹枝狀晶得不到充分的發(fā)展并減少鋼中夾雜物和氣體。

2.中心疏松(見圖10－3)（1）特征在酸蝕試樣面上的中心部位呈集中分布的孔隙和暗黑點。它和一般疏松的主要區(qū)別是存在于試樣中心部位而不是分散在整個截面上。（2）產(chǎn)生原因鋼液凝固時體積收縮引起的組織疏松及鋼錠中心部位因最后凝固使氣體析集和夾雜物聚集所致。（3）危害性嚴(yán)重地影響鋼材的鍛造性能，易使鋼材在鍛造、沖孔時產(chǎn)生開裂。（4）評定原則以暗黑點和孔隙的數(shù)量，大小及密集程度而定。（5）改善和消除中心疏松的方法除在冶煉時減少鋼中氣體及雜質(zhì)外，主要是改進(jìn)澆注工藝，例如采用小錠澆鑄或加大冒口等措施。3.皮下氣泡(見圖10－4)圖10－4皮下氣泡圖10—5內(nèi)部氣泡(1)特征在酸蝕的試樣面上，于皮下呈分散或成簇分布的細(xì)長裂紋或橢圓形氣孔。細(xì)長裂紋多數(shù)垂直于鋼材表面，有時呈一定的角度，這主要取決于熱加工情況。(2)產(chǎn)生原因由于鋼錠模內(nèi)壁清理不良或預(yù)熱溫度不夠等，造成鋼液在澆注時發(fā)生氧化而形成氣體留于鋼錠表面的皮下。(3)危害性在鋼材熱軋時易形成隙紋等缺陷，并影響表面粗糙度。

(4)評定原則測量氣泡離鋼材(坯)表面的最遠(yuǎn)距離及試樣表面直徑或邊長的實際尺寸，然后按如下等級評定。

1級，距表面皮下直徑的l％處發(fā)現(xiàn)有氣泡；2級，距表面皮下直徑的1-2％處發(fā)現(xiàn)有氣泡；3級，距表面皮下直徑的1-3％處發(fā)現(xiàn)有氣泡；4級，距表面皮下直徑的3-5％處發(fā)現(xiàn)有氣泡；5級，距表面皮下直徑的5-8％處發(fā)現(xiàn)有氣泡。對于碳素結(jié)構(gòu)鋼來說，允許深度小于直徑的3％，工具鋼允許小于直徑的2％。(5)消除皮下氣泡的方法加強(qiáng)原材料、耐火材料及出鋼槽、盛鋼桶的烘烤工作，同時做好鋼錠模的刷銹清潔工作。煉鋼時，加強(qiáng)鋼水沸騰除氣?？刂坪娩撘旱臐沧囟群蜐沧⑺俣?，模壁涂料水分要少，保護(hù)渣要干燥。4.內(nèi)部氣泡：（見圖10—5)(1)特征在酸蝕試樣面上呈直線或彎曲狀的不等長度裂紋，其內(nèi)壁光滑，有的伴有微小可見夾雜物。(2)產(chǎn)生原因由于鋼中含有較多氣體所致。(3)評定原則鎮(zhèn)靜鋼鋼材內(nèi)部不允許出現(xiàn)這種缺陷，如出現(xiàn)這種缺陷的鋼材予以報廢。(4)消除內(nèi)部氣泡的措施在冶煉時，作好鋼水沸騰工作并對原材料、爐膛、鋼包、出鋼槽等設(shè)備進(jìn)行烘烤。

5.錠型偏析(見圖10—6)圖10—6錠型偏析圖10—7邊緣點狀偏析

(1)特征在酸蝕的試樣面上呈現(xiàn)原錠型橫截面形狀的框帶，一般為方形，有時稍有變形，其顏色較周圍略深，這是由腐蝕后的點狀孔隙組成的。(2)產(chǎn)生原因

鋼錠結(jié)晶過程中，受結(jié)晶規(guī)律的影響，由柱狀晶區(qū)與中心等軸晶區(qū)的交界處成分偏析和雜質(zhì)聚集所造成，如經(jīng)鍛造加工，這一框帶形式的偏析又因加熱時間短或鍛軋變形較小未被消除而殘存于鋼中。

（3)危害性嚴(yán)重影響鋼的強(qiáng)度和韌性，明顯地降低鋼材的橫向強(qiáng)度，造成鋼的各向異性。同時在錠型偏析嚴(yán)重處，其熔點要比一般正常區(qū)域低，因此在熱加工時稍不注意，容易在析集處形成半熔化狀態(tài)，造成局部過燒，受力后易發(fā)生開裂。(4)評定原則

根據(jù)方框形區(qū)域的組織疏松程度和框帶的寬度來評定級別。

(5)改善錠型偏析的方法在鍛造前，先進(jìn)行高溫擴(kuò)散退火處理，如要徹底消除錠型偏析，除提高鋼的純凈度外，對澆注工藝也要進(jìn)行改進(jìn)，使鋼中的低熔點組元和易形成偏析的元素盡可能均勻分布在鋼中或上浮至冒口處。6．點狀偏析(見圖10—7、圖10—8)（1）特征在酸蝕試樣面上呈不同形狀和大小不等的暗色斑點。不論斑點與氣泡是否同時存在，這種缺陷統(tǒng)稱為點狀偏析，當(dāng)斑點存在于試樣面的邊緣時稱為邊緣點狀偏析，當(dāng)斑點分散分布于整個截面上時稱為一般點狀偏析。（2)產(chǎn)生原因一般認(rèn)為是結(jié)晶條件不良造成的。鋼液在結(jié)晶時，由于冷卻速度較慢產(chǎn)生成分偏析。當(dāng)鋼中存在氣體和大量夾雜物時，會加劇這種偏析程度。(3)危害性降低鋼的塑性和疲勞強(qiáng)度，嚴(yán)重時，使鋼在鍛造時容易產(chǎn)生開裂。(4)評定原則以斑點的數(shù)量、大小和分布情況而定。(5)改善點狀偏析的方法盡量選用小的錠模澆注鋼錠，適當(dāng)降低鋼錠模的溫度，加快鋼液的結(jié)晶速度，盡量避免高溫澆注。采用氧化法冶煉，使鋼液充分沸騰，并選用干燥的原料，減少鋼中的氣體含量。鋼錠及鋼坯在鍛軋時，適當(dāng)延長高溫區(qū)的保溫時間，使鋼中偏析區(qū)的化學(xué)成分得到擴(kuò)散并均勻分布。7.晶內(nèi)偏析(見圖10－9)圖10—8一般點狀偏析圖10—9晶內(nèi)偏析(1)特征在酸蝕試樣面上呈現(xiàn)發(fā)達(dá)的樹枝狀晶，樹枝狀晶的主干和枝干呈灰白色，枝晶間呈深暗色。(2)產(chǎn)生原因在冷凝過程中，固相與液相的成分在不斷地改變，并在同一晶內(nèi)后凝固部分與先凝固部分的成分也不同。愈近中心含高熔點的組元愈多，因此在合金凝固后，便在晶內(nèi)出現(xiàn)成分不均勻現(xiàn)象，這種偏析也稱為樹枝狀晶內(nèi)偏析。(3)改善和消除晶內(nèi)偏析的方法鋼材通過長時間高溫擴(kuò)散退火，或在鋼液中加入少量稀土元素，使鋼起到脫硫和產(chǎn)生晶核的作用，以達(dá)到改善枝晶偏析的目的。8.軸心碳偏析(見圖10—10)(1)特征在酸蝕試樣面上，中心部位呈現(xiàn)易腐蝕的暗區(qū)。大多數(shù)暗區(qū)與基體有明顯界線，但有時暗區(qū)向外擴(kuò)展，其顏色變淺，界線不清。(2)產(chǎn)生原因由于操作不當(dāng)，使石墨渣鋪放不好，上升的鋼液沖破石墨渣，把石墨粉卷入鋼中。在凝固時，保溫帽內(nèi)帶有增碳的鋼液填入收縮的空洞內(nèi)，便產(chǎn)生這種缺陷。(3)改善和消除軸心碳偏析方法澆注時，操作要穩(wěn)妥，使錠內(nèi)鋼液平穩(wěn)上升，至澆冒口時，速度要慢，避免鋼液波動。鋼錠鍛軋時，按規(guī)定切除切頭部分。9.比重偏析(見圖10—11)圖10—10軸心碳偏析圖10—11比重偏析(1)特征在酸蝕試樣面上呈現(xiàn)黑白分明的區(qū)域。

(2)產(chǎn)生原因由于合金中組元的比重不同，如鉛銻合金中(室溫時鉛的比重為11.34，銻為6.69)二組元的比重相差懸殊，合金在凝固過程中，先結(jié)晶的晶體與余下的熔液二者比重不同，由此形成了化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。(3)改善比重偏析的方法比重偏析不可能通過熱處理來消除，只能采取特殊的熔煉或澆注措施(例如快速澆注)予以防止。10.縮孔殘余(見圖10－12)(1)特征在酸蝕試樣面的中心區(qū)域(多數(shù)情況)呈不規(guī)則的折皺裂縫或空洞，在其上或附近常伴有嚴(yán)重的疏松、夾雜物和成分偏析。(2)產(chǎn)生原因由于鋼液在凝固時發(fā)生體積集中收縮，一般產(chǎn)生在鋼錠冒口處，因未徹底切除而殘留在鋼材中。(3)評定原則以中心區(qū)域出現(xiàn)的縮孔大小及貫穿整個鋼材的程度而定。

(4)改善和消除縮孔殘余的方法在鋼錠模上加保溫帽，并向保溫帽中加發(fā)熱劑，以期保證鋼液在結(jié)晶時發(fā)生體積收縮從保溫帽內(nèi)的鋼液得到補(bǔ)充。采用上大，下小錠形的鋼錠模，選擇適當(dāng)?shù)腻V模錐度和高寬比，使鋼液從下到上，從外到里進(jìn)行冷凝。選擇適當(dāng)?shù)臐沧囟群蜐沧⑺俣取?1.翻皮(見圖10—13)圖10－12縮孔殘余圖10－13翻皮(1)特征在酸蝕試樣面上，呈亮白色彎曲條帶，并在條帶上或其周圍有氣孔和夾雜物存在。有的呈不規(guī)則的暗黑線條，有的是密集的孔隙和夾雜物組成的條帶。(2)產(chǎn)生原因在澆注過程中，鋼液表面生成的一層氧化物膜翻入鋼液中，在凝固前未能浮出而夾入其中所造成。

（3）評定原則以試樣面上出現(xiàn)的部位為主，并考慮翻皮的長度。

（4）消除翻皮的方法提高鋼錠模質(zhì)量，保持錠模內(nèi)壁平整。選擇合適的澆注溫度和澆注速度。采用發(fā)熱渣、石墨渣保護(hù)澆注。

12.白點(見圖10－14)

(1)特征在酸蝕試樣面上，為鋸齒形的小裂紋，呈放射狀或不規(guī)則形態(tài)分布。在縱向斷口上，依其位向不同呈圓形或橢圓形銀白色點狀。(2)產(chǎn)生原因鋼中含氫量高，經(jīng)熱加工后并隨后的冷卻和存放過程中，固溶氫溶解度隨溫度下降而降低，因此增大了組織應(yīng)力和氫聚集應(yīng)力而造成裂紋。(3)危害性白點缺陷的存在將嚴(yán)重降低鋼的塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度，同時使材料變脆。因此白點是鋼中不允許存在的缺陷。(4)評定原則以裂紋的長短、條數(shù)而定。(5)防止白點缺陷的方法選用干燥的原材料，對石灰石、熒石等要烘烤后才能使用，同時對出鋼槽及盛鋼桶在使用前也應(yīng)烘干。冶煉時要加強(qiáng)氧化沸騰操作，促使氫氣從鋼液中逸出或采用真空澆注和爐前真空除氣處理，使氫降低到最低限度。對具有白點敏感性的鋼種。在鍛軋加工后，采用緩冷或退火擴(kuò)氫處理。13.軸心晶間裂紋（見圖10—15）圖10—14