金屬熱處理缺陷分析及案例

前言

第1章概論

第2章熱處理裂紋

1熱處理裂紋的一般概念

2加熱不當形成的裂紋

2.1升溫速度過快引起的裂紋

2.2表面增碳或脫碳引起的裂紋

2.3過熱或過燒引起的裂紋

2.4在含氫氣氛中加熱引起的氫致裂紋

3金屬零件的淬火裂紋

3.1馬氏體的顯微裂紋

3.2淬火裂紋

3.2.1縱向裂紋

3.2.2橫向裂紋（弧形裂紋）

3.2.3網狀裂紋

3.2.4剝離裂紋

3.2.5應力集中裂紋

3.2.6過熱淬火裂紋

4影響淬火裂紋形成的因素

4.1冶金因素的影響

4.1.1鋼件的冶金質量

4.1.2鋼件的化學成分

4.1.3原始組織的影響

4.2零件尺寸和結構的影響

4.3工藝因素的影響

4.3.1加熱因素的影響

4.3.2冷卻因素的影響

5預防淬火裂紋的方法

5.1正確進行產品設計

5.1.1材料選擇

5.1.2零件的結構設計

5.1.3熱處理技術條件

5.2合理安排工藝路線

5.3恰當確定加熱參數(shù)

5.3.1加熱介質

5.3.2加熱速度

5.3.3加熱溫度

5.3.4保溫時間

5.4選定合適的淬火方法

5.5淬火介質的選擇

5.5.1淬火介質的冷卻能力

5.5.2淬火介質特點與選擇

5.6防止淬火裂紋的其他措施

6其他熱處理裂紋

6.1回火裂紋

6.2冷處理裂紋

6.3時效裂紋

6.4磨削裂紋

6.5電鍍裂紋

第3章熱處理變形

1工件熱處理的尺寸變化

2工件熱處理的形狀畸變

3熱處理變形的一般規(guī)律

3.1淬火變形的趨勢

3.2影響熱處理變形的因素

3.2.1化學成分對熱處理變形的影響

3.2.2原始組織和應力狀態(tài)對熱處理變形的影響

3.2.3工件幾何形狀對熱處理變形的影響

3.2.4工藝參數(shù)對熱處理變形的影響

3.2.5時效與冷處理對熱處理變形的影響

3.3化學熱處理工件的變形

3.3.1滲碳工件的變形

3.3.2滲氮工件的變形

4熱處理變形的校正

4.1機械校正法

4.2熱處理校正法

第4章殘余內應力

1熱處理內應力

1.1熱應力

1.2組織應力

1.3熱處理工件的殘余應力分布及影響因素

1.4表面淬火工件的殘余應力

1.5化學熱處理工件的殘余應力

2殘余應力對力學性能的影響

2.1殘余應力與硬度

2.2殘余應力與磨損

2.3殘余應力與疲勞

2.3.1殘余壓應力提高工件的疲勞強度

2.3.2殘余應力對疲勞強度影響的機理

2.4殘余應力與腐蝕

2.5殘余應力與電鍍

3殘余應力的調整和消除

3.1熱處理對消除殘余應力的作用

3.1.1消除應力退火

3.1.2回火與殘余應力的去除

第5章組織不合格

1熱處理與組織、性能的關系

2氧化與脫碳

2.1氧化

2.2脫碳

2.3防止和減輕氧化脫碳的措施

3過熱與過燒

3.1過熱

3.2過燒

4低、中碳鋼預備熱處理球化體級別不合格

5滲碳組織缺陷

5.1表層碳化物過多，呈大塊狀或網狀分布

5.2殘余奧氏體量過多

5.3馬氏體粗大

5.4內氧化

5.5黑色組織

5.5.1黑色點狀組織

5.5.2黑色網狀組織

5.5.3托氏體黑色網帶組織

6滲氮組織缺陷

6.1滲前原始組織中鐵素體過多、回火索氏體

組織粗大

6.2化合物層疏松

6.3針狀組織

6.4網狀和脈狀氮化物

7滲硼組織缺陷

7.1滲硼層的非正常組織

7.2硼化層較多孔洞

第6章力學性能不合格

1熱處理和硬度

1.1軟點

1.2硬度不足

1.3高頻淬火和滲碳工件的軟點和硬度不足

2拉伸性能和疲勞強度不合格

2.1拉伸性能不合格

2.2疲勞性能不合格

2.2.1淬火不充分的影響

2.2.2滲碳層內氧化的影響

2.2.3碳氮共滲滲層中黑色組織的影響

2.2.4滲碳層中過量殘余奧氏體的影響

2.2.5滲碳層中網狀和大塊狀碳化物的影響

2.2.6脫碳的影響

3耐腐蝕性能不良

3.1熱處理對晶間腐蝕和點腐蝕性能的影響

3.2熱處理對應力腐蝕開裂的影響

4持久蠕變性能不合格

4.1高溫合金熱處理與持久蠕變性能

4.1.1高溫合金中的常見相

4.1.2高溫合金熱處理對持久蠕變性能的影響

4.2高溫蠕變脆性

5非鐵金屬合金力學性能不合格

第7章脆性

1回火脆性

1.1第一類回火脆性

1.1.1第一類回火脆性機理

1.1.2第一類回火脆性的抑制和防止

1.2第二類回火脆性

1.2.1影響第二類回火脆性的因素

1.2.2第二類回火脆性機理

1.2.3第二類回火脆性的抑制和防止

2低溫脆性

2.1低溫脆性的評定

2.2鋼的成分和組織對低溫脆性斷裂的影響

2.2.1合金元素和雜質的影響

2.2.2組織的影響

3氫脆性

3.1氫脆及其分類

3.2鋼的成分和組織對氫脆的影響

4σ脆性

4.1σ相的性質及其對性能的影響

4.2鋼的成分、熱處理與σ相的形成

5電鍍脆性

5.1電鍍脆性的影響因素

5.2防止電鍍脆性的措施

6滲層脆性

6.1滲氮層脆性

6.2滲硼層脆性

第8章其他熱處理缺陷

1化學熱處理和表面熱處理特殊缺陷

1.1滲碳硬化層深度不合格

1.2滲氮硬化層深度不合格

1.3滲硼、滲鋁硬化層深度不合格

1.4感應加熱淬火硬化層深度不合格

1.5火焰加熱淬火硬化層深度不合格

2真空熱處理和保護熱處理缺陷

2.1真空熱處理表面合金元素貧化與粘連

2.2表面不光亮和氧化色

2.3表面增碳或增氮

3有色金屬合金熱處理缺陷

3.1鋁合金熱處理缺陷

3.2鎂合金熱處理缺陷

3.3鈦合金熱處理缺陷

3.4銅合金熱處理缺陷

3.5高溫合金熱處理缺陷

第9章熱處理缺陷預防與全面質量控制

1熱處理全面質量控制的概念

2基礎條件控制

2.1環(huán)境條件控制

2.1.1廠房

2.1.2溫度

2.1.3照明與噪聲

2.2設備與儀表控制

2.2.1熱處理爐的爐溫均勻性及分類

2.2.2熱處理爐氣氛控制

2.2.3冷卻設備控制

2.2.4檢驗設備控制

2.2.5溫度儀表及控制系統(tǒng)

2.2.6氣氛儀表及控制系統(tǒng)

2.3人員素質和管理水平

2.3.1人員素質

2.3.2質量管理

3熱處理前質量控制

3.1熱處理零件設計的質量控制

3.1.1材料選擇

3.1.2熱處理技術要求的確定和標注

3.1.3熱處理零件結構形狀設計

3.2原材料質量控制

3.2.1零件原材料質量控制

3.2.2熱處理工藝材料質量控制

3.3熱處理前各工序質量控制

3.3.1鍛造質量控制

3.3.2鑄造質量控制

3.3.3焊接質量控制

3.3.4機械加工質量控制

4熱處理中質量控制

4.1待處理件的核查

4.2預備熱處理質量控制

4.3最終熱處理質量控制

4.3.1工藝控制

4.3.2設備選擇與槽液控制

4.3.3生產操作控制

4.3.4質量要求與檢驗

4.4表面熱處理與化學熱處理的質量控制

4.4.1工藝方法選擇

4.4.2表面淬火質量控制

4.4.3滲碳質量控制

4.4.4滲氮質量控制

4.4.5滲硼質量控制

4.4.6滲鋁質量控制

5熱處理后質量控制

5.1后處理質量控制

5.1.1熱處理后防銹

5.1.2表面強化

5.1.3磨削加工

5.1.4電鍍

5.2完善質量服務工作

5.3重視環(huán)保技術安全工作

5.3.1熱處理生產的環(huán)境保護

5.3.2熱處理生產的技術安全

第10章熱處理缺陷分析案例

1汽車半軸淬火開裂與疲勞斷裂的分析及防止措施

245鋼工件在易裂尺寸范圍開裂的分析及防止措施

3本體淬火裂紋的分析及防止措施

4三硝水－空氣雙液淬火裂紋的分析及防止措施

5絞肉機孔板淬火工藝的改進

6高碳鋼及軸承鋼零件淬火裂紋的分析及防止措施

7機床活塞超音頻淬火裂紋的分析及防止措施

8汽車轉向節(jié)中頻淬火裂紋的分析及防止措施

9大型工件熱處理過程中內裂的分析及防止措施

10高速鋼焊接工具裂紋的分析及防止措施

11曲線齒錐齒輪熱處理變形的分析及防止措施

12無壓淬火減少曲線齒錐齒輪平面翹曲變形

13齒輪淬火變形的分析及防止措施

14錐齒輪花鍵孔變形的分析及防止措施

15汽車穩(wěn)定桿淬火工藝的改進

16工字卡規(guī)熱處理變形的分析及防止措施

17利用熱應力預彎曲減少上導軌淬火變形

18碟形刀片的防止變形熱處理

1965Mn彈簧片熱處理變形的分析及防止措施

20空心輥中頻表面淬火變形的分析及防止措施

21氣體氮碳共滲零件變形的分析及防止措施

22T10A模具線切割開裂的分析及防止措施

23大型冷沖模具熱處理缺陷分析及改進措施

24熱處理工藝對零件表面組織及磨削裂紋的影響

25木工鋸條熱處理殘品的挽救措施

26氣體滲碳件的補修工藝

27高頻淬火構件低應力疲勞脆斷的分析及防止措施

2820鋼板冷沖壓產生裂紋的原因及解決方法

2920CrMnTi鋼預備熱處理組織缺陷分析

3020MnV鋼圓環(huán)鏈質量分析

3115Cr鋼活塞銷淬火工藝的改進

32游標卡尺測尺熱處理新工藝

33球墨鑄鐵底座退火工藝的改進

34冷作模具失效分析及改進措施

35叉車半軸中頻淬火質量分析與工藝改進

36曲軸氣體滲氮后表面硬度偏低的挽救措施

3765Mn鋼爪型接地彈簧墊圈熱處理工藝改進

38高強度鋼甲醇裂解氣保護熱處理氫脆

3920CrMnTi鋼齒輪碳氮共滲中的氫脆

40滲碳齒輪通氨淬火的氫脆現(xiàn)象

41Z10硅鋼片的脆化與防止

4225Cr2Mo1V鋼高溫緊固螺栓脆化及恢復熱處理

43汽車滲碳零件失效分析

441Cr18Ni9Ti鋼桔皮狀表面的探討

參考文獻2100433B

本書對熱處理缺陷進行了全面系統(tǒng)論述，著重闡述了熱處理裂紋、變形超指標、殘余應力過大、組織不合格、性能不合格、脆性等常見熱處理缺陷，采取理論分析與實際經驗相結合的方法，討論了各種熱處理缺陷的特征、產生原因、危害性及預防挽救措施，專門介紹了真空熱處理、保護熱處理及有色金屬熱處理可能出現(xiàn)的缺陷；從預防的角度介紹了熱處理質量全面控制；最后一章還列舉了各種類型熱處理缺陷分析的案例。

本書可供熱處理研究、生產、檢驗的工程技術人員及管理人員閱讀，對機械產品設計、冷熱加工工藝和維修人員，以及高等院校金屬材料及熱處理專業(yè)師生也具有重要參考價值。

本書突出先進性和實用性，以焊接成形質量檢驗及缺陷分析為基礎，闡述了各類焊縫中常見的焊接缺陷，例如焊縫外觀、氣孔、夾雜物、變形、結構疲勞和脆性斷裂等缺陷，幫助讀者了解產生焊接缺陷的原因、如何進行分析和提出防止對策等，并給出來源于生產實踐的各種焊接成形缺陷的分析與防止的實例及分析，以指導實際焊接生產。此外，本書正文中相關國家或行業(yè)標準均為最新標準或更新標準，且附加了目前我國現(xiàn)行各行業(yè)焊接缺陷檢驗及質量控制的相關國家標準。

本書主要供從事與焊接技術方面相關的工程技術人員、管理和質量檢驗人員使用，也可供高等院校、科研院所、企事業(yè)單位的有關教學、科研和監(jiān)察人員參考。

第1章焊接成形質量檢驗及缺陷分析基礎/ 1

1.1焊接成形質量評定與控制1

1.1.1焊接質量評定標準1

1.1.2焊接質量控制體系2

1.1.3焊接質量控制內容與實施5

1.2焊接缺陷分類及影響因素12

1.2.1常見焊接缺陷類型12

1.2.2焊接缺陷影響因素19

1.3焊接質量檢驗及方法23

1.3.1焊接質量檢驗內容23

1.3.2焊接檢驗方法與實施30

第2章焊縫外觀缺欠/ 52

2.1焊縫咬邊分析52

2.1.1焊縫咬邊類型及特點52

2.1.2焊縫咬邊對接頭質量的影響52

2.1.3咬邊原因及防止措施54

2.2未熔合及未焊透分析55

2.2.1未熔合及未焊透的危害55

2.2.2未熔合及未焊透產生的原因57

2.2.3未熔合及未焊透的防止措施58

2.3焊縫外觀缺欠檢驗方法59

2.4焊縫外觀缺欠分析實例61

2.4.1液壓支架結構件焊接未熔合缺陷的分析與防止61

2.4.2高速焊鋼管焊縫凹陷和咬邊分析63

2.4.3高爐立峰管極電渣焊接頭未熔合缺陷的防止65

2.4.4鈦合金導彈艙體未焊透缺陷的分析67

2.4.5安裝膜式壁打底焊道未焊透原因及防止70

第3章焊縫成分偏析和夾雜/ 72

3.1焊縫成分偏析分析72

3.1.1焊縫中成分偏析分類72

3.1.2偏析產生的原因及防止措施73

3.2焊縫非金屬夾雜物分析74

3.2.1焊縫中非金屬夾雜物分類與特征74

3.2.2焊縫中非金屬夾雜物防止措施75

3.3缺陷檢驗方法76

3.3.1夾雜物的顯微觀察76

3.3.2夾雜物及物相的測試法77

3.4焊縫偏析與夾雜物分析實例80

3.4.1高強鋼焊縫金屬中的非金屬夾雜物分析80

3.4.2微合金鋼焊縫金屬中夾雜物的分析85

3.4.3埋弧焊接鋼管焊縫邊緣夾雜物分析88

3.4.4螺旋管焊縫夾雜物分析及防止措施91

3.4.5船體結構焊縫非金屬夾雜物對斷裂韌度的影響93

第4章焊縫中的氣孔/ 96

4.1焊縫中的氣孔96

4.1.1氣孔類型及特征96

4.1.2氣孔的產生及危害98

4.2焊縫氣孔分析100

4.2.1焊縫氣孔的產生機理及影響因素100

4.2.2焊縫中氣孔的防止措施104

4.3焊縫氣孔分析實例108

4.3.1鋁合金分餾塔及管道焊接氣孔分析108

4.3.2鎂/鋁異種金屬激光焊氣孔形成與防止措施111

4.3.32A12鋁合金管件電子束焊氣孔缺陷分析114

4.3.4埋弧焊管焊縫夾珠型氣孔的形成與消除115

4.3.5ZQ6501轉軸焊修的氣孔及消除措施117

4.3.6埋弧焊焊接T形焊縫氣孔產生原因分析與對策118

4.3.7小口徑耐熱合金鋼管鎢極氬弧焊氣孔分析與防治121

第5章焊接應力與變形/ 123

5.1焊接應力分析123

5.1.1影響焊接應力集中的因素123

5.1.2焊接應力防止措施127

5.2焊接變形分析129

5.2.1焊接變形特點及分類129

5.2.2影響焊接變形的因素131

5.2.3防止焊接變形的措施138

5.3防止焊接應力與變形實例141

5.3.1核電站反應堆堆內構件儀表套管焊接變形控制141

5.3.2大型焊接H型鋼制造工藝與變形控制146

5.3.3大型油罐焊接變形控制150

5.3.4大中型儲罐焊接應力與變形的控制與消除154

5.3.5三峽電站700MW轉子圓盤支架焊接變形控制156

5.3.6大型復雜構件的焊接應力與變形控制159

5.3.7大型復雜結構鋁筒焊接變形控制162

第6章焊接裂紋/ 165

6.1焊接熱裂紋165

6.1.1焊接熱裂紋分類及特征165

6.1.2焊接熱裂紋分析方法167

6.2焊接冷裂紋174

6.2.1焊接冷裂紋分類及特征174

6.2.2焊接冷裂紋分析方法176

6.3焊接裂紋影響因素與防止措施186

6.3.1焊接熱裂紋影響因素186

6.3.2熱裂紋及再熱裂紋防止對策189

6.3.3焊接冷裂紋影響因素190

6.3.4焊接冷裂紋的防止措施191

6.4焊接裂紋分析實例194

6.4.1大慶30萬噸乙烯工程9Ni鋼球罐焊接液化裂紋分析194

6.4.2347奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋與再熱裂紋分析198

6.4.3國產600MW機組高加管座焊接延遲裂紋分析203

6.4.4船舶高強鋼結構低溫環(huán)境下焊接冷裂紋的防止205

6.4.5西氣東輸X80管線鋼的焊接冷裂紋分析207

6.4.6核電站波動管對接焊縫裂紋分析210

6.4.7船體外板裝配焊接裂紋分析212

6.4.8龍灘電站蝸殼排水閥閥座焊接裂紋分析與對策215

6.4.9大厚度異種鋼焊接裂紋原因分析與對策218

6.4.10液壓支架用Q550 Q690高強鋼焊接裂紋分析224

6.4.11高水頭電站壓力鋼管環(huán)焊縫裂紋分析227

第7章焊接結構斷裂/ 231

7.1焊接結構疲勞斷裂分析231

7.1.1疲勞的基本概念231

7.1.2焊接接頭的疲勞性能234

7.1.3影響焊接結構疲勞強度的因素237

7.1.4改善焊接接頭疲勞強度的措施240

7.2焊接結構脆性斷裂分析243

7.2.1脆性斷裂機理243

7.2.2脆性斷裂特征及影響因素244

7.2.3脆性斷裂的防止措施246

7.3焊接結構斷裂分析實例249

7.3.120MnSi帶肋鋼筋焊接脆性斷裂原因及工藝優(yōu)化249

7.3.2汽輪機17CrMo1V焊接低壓轉子脆性斷裂分析252

7.3.3汽車車架疲勞斷裂損壞分析與焊接修復254

7.3.45A06鋁合金及其焊接接頭的疲勞斷裂分析259

7.3.5換熱器管束焊縫發(fā)生疲勞斷裂分析262

7.3.6某型發(fā)動機導管焊縫疲勞裂紋失效分析265

7.3.7輸油管線螺旋焊管焊縫斷裂原因分析267

7.3.8工業(yè)蒸汽管道斷裂原因分析270

第8章焊接缺陷綜合分析實例/ 274

8.1綜合實例分析1274

8.2綜合實例分析2278

8.3綜合實例分析3281

8.4綜合實例分析4285

附錄焊縫缺陷檢驗及質量控制國家標準匯總/ 289 2100433B