金属材料缺陷对材料的影响

在金属材料检测中，常见的金属材料缺陷有许多，他们都能够对金属材料的性能产生一个比较大的影响。今天我们对于金属材料的常见缺陷做一下总结。希望对大家认识金属材料的缺陷有一定的帮助。

首先金属在从液态至固态的转变过程之中，由于气体的溶解度急速降低。大概率会导致戮度较大的固态金属滞留与气孔内难以溢出。而材料在受热时缩孔与缩松的形态不同这就能够导致金属表面形成椭圆形以及长条形的气孔。气孔成串状分布孔内常见有氢、氧、碳元素的化合物。按气孔出现的位置分为内部气孔、皮下气孔以及表面气孔。

气孔可以有效的减少体积及密度。加工之后可能造成起皮气泡针眼、裂纹等缺陷。

在金属凝固过程中发生的体积缩放如果不能被溶体直接补充，当材料凝固完成后会出现孔洞，通过金相观察可以明显的发现显微缩松。这些缩松孔很容易因为加工过程之中应力集中而形成裂纹，使得材料的机械性能大大的减低。

这些缩松孔形成的主要原因有：熔炼工艺不合理，浇铸温度较低，补缩不良，断流；冷却强度较大，浇铸速度快；结晶器设计不合理，保温帽太低、潮湿；合金结晶温度范围宽，流动性差等。

金属偏析的现象主要是因为金属材料的化学成分在铸造时呈现了不均匀的情况，对于金属材料的性能有着非常大的伤害。

一般把偏析分为宏观偏析与微观偏析两大类，晶内偏析主要表现为材料晶内各部出现了化学成分不均匀的状况，从性质上是微观偏析的一个分类，想要避免这种情况，我们保证材料在恒温的环境下使得原子充分的进行扩散也就是我们常说的扩散退火。

宏观偏析是指在金属材料表面出现了上下不均匀的情况发生，当参与组成合金元素的材料密度相差悬殊时。材料凝固完成后，上半部分会集合密度较小的元素而密度较大的元素则会集中至材料的下半部分，这种偏析的情况也就是我们俗称的密度偏析。在浇筑过程之中，我们采用快速搅拌或者急速冷却的方式，都可以避免类似情况发生。尽量让不同元素之间来不及形成分离的情况。

在宏观偏析之中，V型偏析、正偏析、逆偏析、带状偏析等。都是常见的金属材料偏析状态。

夹杂物缺陷，主要因为金属元素与非金属元素夹杂。形成缺陷的原因是因为，金属与非金属夹杂物之中有明显的缺陷。

按夹杂的性质可分金属夹杂和非金属夹杂两类。金属夹杂指不溶于基体金属的各种金属化合物初晶及未熔化完的高熔点纯金属颗粒以及外来异金属;非金属夹杂包括氧化物、硫化物、碳化物、熔剂、熔渣、涂料、炉衬碎屑以及硅酸盐等。

按夹杂来源的不同可分内生夹杂与外生夹杂。内生夹杂可能以游离状态或与基体金属结合成化合物的状态存在，也可能是多种杂质的互相结合。

内生夹杂中先析出的高熔点金属化合物初晶或纯金属多呈规则的颗粒状、块状、片状或针状，分布极不均匀。而低熔点金属化合物则常沿晶界或枝晶轴间析出呈液珠状、球状、网络状或薄膜状等。压力加工时，塑性良好的夹杂可沿加工方向拉长变形，塑性不良的夹杂仍保持铸造时形态或破碎成更小的颗粒，呈断续的链状沿加工方向分布。

外来夹杂是在生产过程中从炉衬、工具上的剥落物，通常较粗大而形状不定。由于与基体有完全不同的化学组成和组织，因而在折断口或切削加工时即可根据不同的色泽与受蚀情况被发现

金属在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹;凝固后产生的裂纹称为冷裂纹。裂纹破坏了金属的完整性，除少数可通过及时加工除去外，通常在以后的加工和 使用过程中会沿着应力集中区域进一步扩大，最后导致破裂。

热裂纹是在铸锭尚未完全凝固或虽已凝固而晶界和枝晶间尚有少量低熔点相时，因金属液态、固态收缩及凝固收缩受到阻碍，当收缩应力超过了当时的金属强度或线收缩大于合金延伸率时形成的。按出现的部位不同，热裂纹可分为表面裂纹、中心裂纹、放射状裂纹及侧面横裂纹等。热裂纹多沿晶界扩展，曲折而不规则，常出现分枝，裂纹内可能夹有氧化膜或表面略带氧化色。

影响热裂纹的因素有合金的本性(合金的凝固收缩系数和高温强度等)，浇注工艺和铸锭结构等方面。合金中某些元素及不溶性的低熔点杂质能明显增大热裂倾向。半连续铸锭的冷却速度较大因而比铁模铸锭热裂倾向大得多，铸造中加大铸造速度也会增大热裂倾向，从铸锭结构看，截面尺寸越大，则愈易发生热裂。

冷裂纹是在铸锭冷却到温度较低的弹性状态时，若锭坯内外还存在较大的温差，则收缩应力可能集中于某些薄弱区域。一旦应力超过了金属的强度和塑性极限，铸锭将出现冷裂。冷裂纹的特征是多呈穿晶开裂，多呈直线扩展，裂纹较规则、挺拔平直。冷裂纹往往由热裂纹发展而来。

铸造裂纹产生的直接原因是存在铸造应力，引起的因素有：铸造温度不合适，速度快，冷却速度过大或过小，冷却不均匀；连铸拉停工艺不当；合金本身有热脆性，强度差；覆盖剂或润滑剂选择不合理；结晶器、坩埚、托座、浇铸管等设计不良，变形或安装不当。

铸锭不同部位晶粒大小差异较大的现象称为晶粒不均。

常见的有：扁锭结晶中心线偏离中心，两侧粗大柱状晶，方向相差较大，柱状晶扭曲，方向紊乱;圆锭偏心严重，局部粗大柱状晶，局部晶粒细小;悬浮晶或其他异常粗大晶粒。

产生的主要原因：结晶器内壁粗糙，结晶器变形，润滑油涂料分布不匀;冷却强度差异较大，冷却水分流不均，射角不合理，方向紊乱；浇铸时间长，浇温低，冷却缓慢等。

铸锭常见的表面缺陷还有：疤痕、麻面、麻坑、毛刺、纵向条痕，横向竹节等。

（1）麻面

铸锭表面的各种不平整现象称为麻面。

麻面上常有颗粒状凸起和砂眼，并伴生有涂料、覆盖剂、氧化物等污物。产生的主要原因是铸造温度低、速度慢；结晶器内壁不光滑或覆盖剂不良;漏斗堵塞等。

（2）毛刺

铸锭表面、边角、出现尖锐状金属凸起现象称为毛刺。

产生的主要原因是结晶器内壁不光滑；空心铸坯连铸芯杆质量不好。

（3）纵向条痕

铸锭表面呈连续或断续的纵向条状凸起或凹陷称为纵向条痕。

产生的主要原因是结晶器内壁钻有金属或其他氧化物或其上产生磨损的凹槽；内衬装配缝隙较大。

（4）竹节

具有拉停工艺的连铸坯，表面出现较大的周期性的凹凸现象称为竹节。

产生的主要原因是拉停工艺不当或者结晶器、模具变形。