金属地低倍组织缺陷分析
一、 原理概述
金属地低倍组织缺陷检验也称为宏观检验。它是用肉眼或不大于十倍地放大镜检查金属表面、断口或宏观组织及其缺陷地方法。宏观检验在金属铸锭、铸造、锻打、焊接、轧制、暖处理等工序中，是一种重要地常用检验方法。这种检验方法操作简便、迅速，能反映金属宏观区域内组织同缺陷地形态同分布特点情况。使人们能准确同全面地判断金属材料地质量，以便指导科学生产、合理使用材料。还能为入一步进行光学金相同电子金相分析作好基础工作。
宏观检验包括低倍组织及缺陷检验(包括酸蚀、硫印、塔形车削以及无损控伤等方法)同断口分析等。
1．较典型地宏观缺陷
较典型地宏观缺陷有偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂、粗晶环等。
(1) 偏析
合金化学成分不均匀地现象鸣做偏析。根据偏析地范围大小同位置地特点，一般可以分为三种。即晶内偏析同晶间偏析、区域偏析、比重偏析。
晶内偏析同晶间偏析 如固溶体合金浇注后冷凝过程中，由于固相与液相地成分在不断地变化,有关真空连续浸漆的相关介绍，因此，即使在同一个晶体内，先凝固地部分同后凝固地部分其化学成分是不相同地。这种晶内化学成分不均匀地现象鸣晶内偏析。这种偏析常以树枝组织地形式出现，故又称为枝间偏析。这种偏析一般通过均匀退火可以将其消除。基于同样地原因，在固溶体合金中先后凝固地晶体间成分也不相同，这种晶体间化学成分不均匀现象鸣做晶间偏析。
区域偏析在铸锭结晶过程中，由于外层地柱状晶地成长把低熔点组元、气体及某些偏析元素推向未冷却凝固地中心液相区，在固、液相之间形成与锭型形状相似形状地偏析区。这种形态地偏析多产生在钢锭结晶过程，由于钢锭模横断面多为方形，所以一般偏析区也是方框形，故常称为方框偏析。在酸浸试片上呈腐蚀较深地，并由暗点同空隙组成地方形框带。
这种偏析是一种下偏析，即铸锭地外层是富集高熔点组元，而铸锭心部则富集了低熔点地组元同杂质。与正偏析相反地是反偏析。
反偏析恰与正偏析相反。当合金地铸锭发生反偏析时，铸锭表面溶质高于合金地平均成分，中央人溶质低于合金地平均成分；有时铸锭表面富集低熔点组元同杂质，严峻时可在铸锭表面形成反偏析瘤。反偏析地形成原因，一般认为，结晶温度范围宽地合金，在凝固过程中形成粗大树枝晶时，枝晶间富溶质地金属液在凝壳地收缩压力、熔液内部释出地气体压力、液柱静压力、大气压力地作用下，沿着枝晶间地毛细管通道向外移动，到达铸锭表层，寒凝后形成反偏析。在有色合金中Cu-Sn同Al-Cu合金是发生反偏析地典型合金。
重力偏析 在合金凝固过程中，如果初生地晶体与余下地溶液之间比重差较大，这些初生晶体在溶液中便会下沉或上浮。由此所形成地化学成分不均匀现象称为重力偏析，亦称为比重偏析。Cu-Pb、Sn-Sb、Al-Sb等合金易于产生重力偏析。
(2) 缩孔同疏松
在铸锭地头部、中部、晶界及枝晶间，常常有一些宏观同显微地收缩孔洞，统称为缩孔。容积大而集中地缩孔称为集中缩孔；细小而分散地缩孔称为疏松。其中出现在晶界同枝晶间地缩孔又称为显微疏松。缩孔同疏松地形状不规则，表面不光滑，易与较圆滑地气孔相区别。产生缩孔同疏松地直接原因，是金属液凝固时发生地凝固体收缩。
残余缩孔在金属材料地横向酸浸试片地轴心部位，易于识别。
疏松在横向酸浸试片上呈暗黑色地小点同细小地孔隙。这是因为疏松本身就是显微孔洞，而且在这些显微孔洞地周围总是伴随着偏析，因而容易受到浸蚀。疏松小点可能分布在试片检验面地各个部位。根据其所在位置，可将疏松分为中央疏松同一般疏松。
(3) 气孔
根据气孔在铸锭中出现地位置，可将其分为表面气孔、皮下气孔同内部气孔三类。
根据气孔地成因，又可分为析出型气孔同反应型气孔两类。析出型气孔是由于金属在熔融状态时能溶解大量地气体，在冷凝过程中，又由于溶解度随温度地降低而急剧地下降，特殊是在金属凝固时，由于气体溶解度地剧烈下降而析出大量地气体。当金属完全凝固，气体不能逸出时，在铸锭或件内部形成了气孔。反应型气孔是金属在凝固过程中，与模壁表面水份、涂料及润滑剂之间或金属液内部发生化学反应，因而产生地气体形成气泡，且来不及上浮逸出而形成地气孔。气孔一般是圆形地，表面较光滑。压力加工时气孔可被压缩，但难以压合，常常在热加工同热处理过程中产生起皮起泡现象。
(4) 裂纹
大多数成分复杂或杂质总量较高或有少量非平衡共晶地合金，都有较大地裂纹倾向。尤其是大型铸锭。在冷却强度大地连铸条件下，产生裂纹地倾向更大。在凝固过程中产生地裂纹称为热裂纹。凝固后寒却过程中产生地裂纹称为冷裂纹。热裂纹多沿晶界扩铺，曲折而不规则，冷裂纹常为穿晶裂纹，多呈直线扩铺,有关蓄热器的相关介绍。
除开铸锭裂纹外，由于热加工如轧制、锻压、热处理过程中都可能出现裂纹。锻轧裂纹多是由于不适当地锻造或轧制操作以及加热工艺而造成地。产生在中央部位具有龟裂特征。有时也产生在工件边缘,有关电伴热的相关介绍，这是表现为垂直于边缘呈开放开裂。
除开上述裂纹外，发纹也是钢材中易于出现地一种缺陷。发纹是纲中气孔同夹杂在加工变形过程中沿锻轧方向被延伸所形成地细粘裂纹。发纹是应力集中地的方，对疲劳强度有着严峻地影响。一般对制造重要机件所用钢材,有关吲哚的相关介绍，都要做塔形车削发纹地检验。对发纹地数量、大小及分布情况都有严格地限制。塔形发纹检验是将钢材按规定车成阶梯形地试样，后用酸蚀法或磁力探伤法入行检查。
(5) 低倍夹杂
在酸浸低倍试样上，有地肉眼可以观到耐火材料、炉渣及其它非金属夹杂物，这些较粗大地夹杂称为低倍夹杂。它们在酸浸试片上以镶嵌地形式存在，并保持其固有地各种颜色，常见地有灰白色、米黄色同暗灰色等。有些低倍夹杂在制片时可能脱落，而表面为空洞。空洞地特点区别于气泡是它地边缘不整齐，呈海绵状。
(6) 流线
流线是金属中地低熔点成分同带状组织偏析在轧制或挤压时舒展而形成地。同时，铸锭地晶粒在轧制过程中也被拉长成条状。经过再结晶加热过程能使长条形晶粒恢复成等轴晶粒，但是由于低熔点成分同带状组织伸长所形成地条纹分布仍旧存在。在钢材地纵向截面上经抛光同酸浸后，用肉眼可以观到这种条纹状地线条。这种宏观组织称为纤维组织，又称为流线。
不能认为合理分布地流线是一种缺陷。因为几乎所有经过轧制、挤压或锻造地金属型材、制件中都存在着流线。但是应认识到由于这种流线地分布，会引起在性能上各向异性反映,某工程的流水节拍如下表,有关蒸汽发生器的相关介绍。试验也表明：在钢 中顺纤维方向切取地试样机械性能要比横纤维方向试样地高。因此，控制流线地合理分布；了解应力与流线分布及机械性能间地关系是至为重要地。
(7) 粗晶环
粗晶环是铝合金挤压制品中地主要缺陷之一。铝合金挤压件在随后地加热时引起外层晶粒粗大，这种现象称为粗晶环。其表征特点是：对单孔挤压棒材来说，粗大组织区呈对称环状。多孔挤压棒材呈偏心月牙状。粗晶环地存在会剧烈降低机械性能。粗晶环还具有组织“遗传性”。用有粗晶环地毛坯进行模压后，原来地粗晶区仍旧保留，造成模压件之组织不匀及影响表面质量。甚至在暖处理过程中还易于引起开裂。研究表明，形成粗晶环根本原因是挤压变形地不均匀笥所致。
2．低倍组织及缺陷浸蚀方法
低倍组织浸蚀方法分为热酸浸蚀法、寒酸浸蚀法同电解腐蚀法三种。本次实验采用冷酸浸蚀，有关酸浸蚀液成分参见附录1-1。冷酸浸蚀操作要点如下：
(1) 根据材料种类选用合适地同一定配比地浸蚀液。
(2) 试样检验面地光洁度应在7以上，酸蚀前应将检验面擦净，去除油污。
(3) 用擦蚀法时，将酸液慢慢倒在置的耐酸盆中地试样同上，然后用刷子将酸液刷匀，直至清晰显示出低倍组织同缺陷为止。
(4) 浸蚀好后，用水冲掉酸液，并用碱水中同，然后用再暖水冲洗，立刻吹干。
3．断口分析
金属断口按其断裂方式可分为脆性断口(晶粒状断口)、韧性断口(纤维状断口)同疲劳断口。根据其断口地形状可以研究金属地强度同零件受力破裂地原因。
脆性断口 金属断裂前未经过塑性变形，有地沿晶界断裂(称为晶间断裂)有地沿晶内断裂(称为穿晶断裂)，这种断口原来地晶粒未被歪曲，其大小同形状能保持焉。晶界断裂地原因除了金属地本性以外，去去是由于金属过烧，晶界上发生氧化或杂质存在于晶界，因而降低了晶界地强度。晶内断裂是由于晶粒本身强度不高，或在结晶过程中沿晶粒内某些晶面夹入了杂质。断口地形状见实物。
韧性断口 断裂以前发生了塑性变形。原晶粒被歪曲(拉长或破碎)，不再保持原来地大小、形状，因而不能从这些断口中研究金属内部组织。断口地形状见实物。
疲劳断口 承受交变应力地机械零件(例如轴)破裂首先由表面小裂纹开始。由于交变应力地作用，一边摩擦一边扩大，形成了螺旋形光滑平面。这种断口称为疲劳断口。在断口上常常观见气孔、裂纹同疏松等缺陷。
在工厂中入行断口检验除利用破断零件自然断裂表面外，一般可用宏观检验完了地试样来制备成断口试样。打断口地试样其锯切深度不应大于试样总厚度地1/3，锯切部位应在要求检查处。断口上应有油污同水痕，在观察时也同低倍磨片一样，应转换试样方向同光芒入射角度。