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1、第十章 低倍检验第一节 概 述 本章主要叙述钢的热酸蚀试验、冷酸蚀试验、电解腐蚀试验、塔形车削发纹缺陷检验。在金属材料的宏观检验工作中，酸蚀法是检验金属材料缺陷，评定金属质量的最常用方法之一。酸蚀试验简单易行，一般不需要特殊设备，也不需要严格的试样制备工序。 在钢材生产和机器制造工业中，酸蚀试验常列为按顺序检验项目中的第一位。如果一批钢材在酸蚀检验中显示出不允许有的缺陷或超过标准允许存在的缺陷时，则其它试验可不必再进行。因此，它亦是控制材料质量的一种有效方法。对于在生产过程中取样进行酸蚀试验，如发现材料或零件有严重宏观缺陷时，可停止该批材料的加工与生产，避免造成更大的损失。 酸蚀和断口检验，都
2、属钢的低倍宏观检验，虽然在很多情况下可以同时并用，相互补充，但是各有其适用的范围。例如钢中发裂(白点) ，在横截面酸蚀试样上能显示出发纹及其分布位置，而在纵截面进行断口检验时，则显示出清晰的白点形貌。但显示枝晶、流线和疏松等，用酸蚀试验较为合适。钢的过热和过烧则在断口检验上最易发现。对于高碳工具钢一般要求进行断口检验。对韧性较大的结构钢要求进行热酸蚀检验。对于特殊用途或要求严格的钢材，如滚珠轴承钢及弹簧钢等则要求作酸蚀试验和断口检验。 对于在使用中经受高交变重载荷的机器零件来说，钢材内部的纯净度必须保持在较高水平，才能获得满意的疲劳寿命，因此用塔形试验检查发纹缺陷成了重要手段。 第二节 试样的
3、制取 一、取样 酸蚀试样必须取自最易发生各种缺陷的部位。根据钢的化学成分、锭模设计、冶炼及浇注条件、加工方法、成品形状和尺寸的不同，一般宏观缺陷有不同的种类、大小和分布情况。在钢锭的上部以及加工后相当于该部位的钢坯和钢材上，最容易有缩孔、疏松、气泡、偏析等缺馅。一般在上小下大的钢锭轧制方坯中，发现小头部位的缺陷较为严重，中部次之，大头较轻。因此国家标准(GB226-77) 中钢的热蚀试验方法里规定，在接近于钢锭帽口部位取样。 对于新设计锭模，用新浇注方法及冶炼新钢种时，最好解剖钢锭进行酸蚀试验，以检验各种缺陷的分布情况，然后再确定取样部位。根据检验工作者的经验，一般在冒口以下一段距离内组织比较
4、致密，但在此以下又有两次收缩疏松现象。此时若限于在冒口下取样则不会发现最严重的缺陷。 对于上大下小的钢锭底部，由于锭模涂料操作不当或涂层过厚，有时会发现锭外表面渗碳，酸蚀后呈现黑斑。同时该处气泡及硅酸盐夹杂也较多，所以此时也需要取底部坯材检验。在研究工作中还曾发现靠近冒口一端的钢坯头部是非金属夹杂物最集中的地方。同时一炉钢水浇注几个钢锭时，在最初和最末的钢锭中发现宏观缺陷较多，故取样时必须考虑这些问题。对于检验钢中白点或研究钢的白点敏感性时，如果在热锻或热轧时切取试样，其长度应大于锻材或轧材厚度或直径的尺寸，并按规定程序进行冷却。如对合金结构钢或滚珠轴承钢，退火前应在室温放置 24h 以上，对
5、低碳合金钢则放置时间不少于 48h，以保证白点有充分孕育形成的时间，同时酸蚀面距坯端的距离应不小于其厚度或直径之半。 对于检验材料的表面缺陷时，如淬火裂纹、磨削裂纹、淬火软点等缺陷，则应选择钢材或零件的外表面进行酸蚀试验。 对于“失效分析” ，除了在失效部位选取试样外，还应在未失效的部位选取试样，进行试验以资比较。 总之，作低倍酸蚀试验的选样部位，应能代表整体为原则。但必须指出，试样非经特别规定，均应在预先退火后再作酸蚀试验。因为硬化状态的试样在热酸蚀时会自行开裂，这样就和原来存在的裂纹缺陷无法区分。在一般酸蚀试样检验中，试样最好从钢坯上取，以便酸蚀后容易发现缺陷。如果钢坯上无严重缺陷，则对钢
6、材可不必再做此项检验。取样方向应根据检验目的来定。一般检验，多取横截面试样以便观察整个截面情况，若检验钢中流线、应变线、条带组织，则应取纵截面的试样。 截取试样可用锯、剪切或切割等方法。小型试样也可用手锯或砂轮片切割，但无论采用何种方法都必须保留一定的加工余量，以确保酸蚀试样面仍保持原来的组织状态。 一般检验面距切割面的距离：热锯时不小于 5mm。剪切时不小于材料直径或厚度的 12，但不得小于 20mm。用氧乙炔气割时，一般不小于 40mm，最后把热影响区全部切除。 对于大型件，可在有代表性的局部区域，经机械车、铣加工后，用橡皮泥作挡酸墙，然后再作酸蚀试验。 二、试样的制备 酸蚀试样检验面的粗
7、糙度应根据检验目的，技术要求以及所用侵蚀剂的反应强度而定。根据实际情况与检验需要，可用不同的粗糙度试样，如锯切，或经车床加工，刨床加工，磨床磨光等。如有必要，也可用砂纸细磨。通常表面粗糙度达 Ral.6m 即可满足要求。在特殊情况下，较细的锯切面也可使用，只有在检查较细的组织及缺陷时则需研磨或抛光。关于检验面的粗糙度，有以下几点作参考。 锯切加工面可用于检验较大气孔、严重内裂及疏松、缩孔、较大的外来非金属夹杂物等缺陷。 粗、细车削加工通常用于检验小气孔、疏松，夹杂物，树枝状结晶组织、淬硬层深度、偏析、流线等。 磨床磨光面一般用于检验钢的渗碳层和脱碳层深度、带状组织、晶粒度、磷偏析和应变线等宏观
8、组织。显示这些组织的通常方法是用较弱的侵蚀剂在冷状态下侵蚀。 经验证明，当车床刀具在试样面上的压力及速度过大时，金属的流变对宏观缺陷，如气孔、夹杂、偏析、发纹及裂纹等会引起不同程度的掩盖作用，降低其鉴别率。因此不能用高速切削法制备宏观检验试样。 在研究工作中若检验面需要精磨或磨光时，小型试样可在金相抛光机上进行。一般试样可用手工操作法，在垫平的砂纸上研磨。大型试样则最好将试样面朝上平放，用卷上砂纸的直尺来磨光，也可以在钻床上，用带有砂纸的轮盘来加速磨光。用砂轮研磨时，如压力过大会导致试样温度升高，造成局部灼热现象，使试样在侵蚀后出现与砂轮加工方向一致的白色难蚀或黑色易蚀条及斑痕，这种现象易被误
9、认为严重层状组织成其它缺陷。 第三节 热酸蚀试验 一、酸蚀试验的简单原理 酸蚀试样的腐蚀属于电化学腐蚀范畴。由于试样的化学成分不均匀，物理状态上的差别，各种缺陷的存在等因素，造成了试样中许多不同的电极电位，组成了许多微电池。微电池中电位较高的部位为阴极，电位较低的部位为阳极。阳极部分发生腐蚀，阴极部分不发生腐蚀，当酸液加热到一定温度时，这种电极反应更加速进行，因此加快了试样的腐蚀。二、酸蚀试验的设备 酸蚀槽：一般使用铸铅槽、耐酸搪瓷缸等，如果小型试样可用玻璃烧杯。 加热器：用煤气或电炉均可加热。 中和槽：配制工业纯碱（Na2CO3）浓度为 3-5%的稀碱水，用来中和酸蚀后试样上的残留酸液。如做
10、小型试样，该项设备可不用。 冲洗槽：一般装有自来水的水槽就可以了，用此槽来冲洗试样。 冲洗刷：用来刷洗试样表面的腐蚀产物，一般市售尼龙刷即可。 沸水具：用来冲淋试样表面，使之快速蒸发。 吸湿布：一条干燥整洁且无颜色的毛巾，用它来揩吸试样表面上的水迹。 电吹风机：用热风吹干试样，以防生锈。 三、热蚀试剂 用于热酸侵蚀的试剂较多，且均能达到侵蚀的目的，为达到试样表面上最佳清晰度，酸蚀试剂应该具备下列条件： 能清晰地显示出材料中的低倍宏观组织和缺陷。 侵蚀试剂的配制要简便，在腐蚀过程中酸液的性质要稳定，其浓度不应有大的变化，酸液与钢的作用不应过剧或过缓。 在使用过程中，挥发性小，空气污染要小。 按照
11、上述三个原则，表 101 列出几种常用的热蚀试剂。根据试验要求，可选择合适的试剂进行钢的热蚀试验。 四、热蚀温度和时间 热蚀温度对显示结果有很重要影响。温度过高，侵蚀剧烈，酸液容易挥发且试样被整体腐蚀，降低了对不同组织和缺陷的鉴别能力。温度过低，则反应迟缓，侵蚀时间要延长。因此，对不同的钢种，有其不同的侵蚀温度范围。 表 10 1 几种常用的热蚀试剂 侵蚀温度确定之后，侵蚀时间要根据钢种、检验要求和试样被侵蚀面的粗糙度来确定。一般来讲，碳素钢需要时间短些，合金钢需要时间长些；高合金钢需要时间更长些。 检验一般的低倍组织和缺陷，试样加工面可以粗些，但所需侵蚀时间也就更长些，对较细微的低倍组织和缺
12、陷，被检验面要细些，侵蚀时间也相应短些。表 102 列出了一些常用钢种所需温度和时间，供参考。 一般根据实践经验，在侵蚀接近终了时，先将试样取出冲洗，观察其是否达到要求的程度。如果侵蚀尚浅，可继续侵蚀；若侵蚀过度，就必须将试样面重新加工后才能重复侵蚀。 表 10 2 不同钢种试样热蚀所需温度与时间 五、热蚀操作过程 首先将配制成的酸液放入酸蚀槽内，并在加热炉上加热，将已加工好的试样，用蘸有四氯化碳的棉花将其油污擦洗干净，用塑料粗导线将试样扎好，使试样面向上，然后将试样置于规定温度的酸液槽内热蚀；到温后，开始计算侵蚀时间，到时间后将试样从酸液中取出。如果是大型试样，可先放入碱溶槽里作中和处理，如
13、果是小试样，可直接放人流动的清水中冲洗。 试样面上的腐蚀产物可用尼龙刷或软毛刷在流动的清水中刷掉，用事先准备好的沸水喷淋试样，并快速用干净且无颜色的热毛巾将试样立即包住，随后打开毛巾，用电热风机将试样面上的残余水渍吹掉。 如果试样面上存有水渍或其它污垢，应放回侵蚀槽中进行侵蚀或用稀盐酸擦洗，然后再取出重新冲洗吹干。 经过上述操作的试样即可用肉眼或放大镜进行检验。必要时，可立即照相记录。如果以后要进行复查或作其它用途，则将试样存放在干燥器中，或在试样面上涂一层油脂，以防生锈。 六、热蚀试验注意事项 配制酸液时，必须按照配制化学试剂原则，先配制水，再缓慢地加入酸。切不可将水倒人酸中，以免发生酸液溅
14、伤操作者。 酸液应保持在规定的温度范围内，不能过高或过低。温度过高会使酸的挥发加剧，从而降低酸液浓度，致使酸液的腐蚀作用减弱。酸液温度过低，会使腐蚀作用减缓，延长试验时间。 热蚀时间过长，会造成试样面过腐蚀，从而使试样重新加工后再次热蚀。五、热蚀操作过程 首先将配制成的酸液放入酸蚀槽内，并在加热炉上加热，将已加工好的试样，用蘸有四氯化碳的棉花将其油污擦洗干净，用塑料粗导线将试样扎好，使试样面向上，然后将试样置于规定温度的酸液槽内热蚀；到温后，开始计算侵蚀时间，到时间后将试样从酸液中取出。如果是大型试样，可先放入碱溶槽里作中和处理，如果是小试样，可直接放人流动的清水中冲洗。 试样面上的腐蚀产物可
15、用尼龙刷或软毛刷在流动的清水中刷掉，用事先准备好的沸水喷淋试样，并快速用干净且无颜色的热毛巾将试样立即包住，随后打开毛巾，用电热风机将试样面上的残余水渍吹掉。 如果试样面上存有水渍或其它污垢，应放回侵蚀槽中进行侵蚀或用稀盐酸擦洗，然后再取出重新冲洗吹干。 经过上述操作的试样即可用肉眼或放大镜进行检验。必要时，可立即照相记录。如果以后要进行复查或作其它用途，则将试样存放在干燥器中，或在试样面上涂一层油脂，以防生锈。 六、热蚀试验注意事项 配制酸液时，必须按照配制化学试剂原则，先配制水，再缓慢地加入酸。切不可将水倒人酸中，以免发生酸液溅伤操作者。 酸液应保持在规定的温度范围内，不能过高或过低。温度
16、过高会使酸的挥发加剧，从而降低酸液浓度，致使酸液的腐蚀作用减弱。酸液温度过低，会使腐蚀作用减缓，延长试验时间。 热蚀时间过长，会造成试样面过腐蚀，从而使试样重新加工后再次热蚀。热蚀时间过短，使钢材中存在的缺陷不易显露出来，致使某些缺陷漏检。 连续使用五次以上的酸液，必须补充新液，否则因酸液的陈旧或过脏影响试验的正常进行。 试样面的粗糙度愈细，侵蚀后的效果愈好。若试样面粗糙度粗，则钢中存在微小的缺陷不易显示，使整个试样面上的宏观组织不能得到全面反映。 在流动清水中冲洗热蚀后的试样时，应均匀洗刷试样面上的腐蚀产物，否则会在试样面上留下因洗刷不匀而引起的覆盖层。 热蚀试验操作，应在通风场地或装有通风设备的房间里进行，以免影响操作者的身体健康。第六节 钢的低倍组织及缺陷评定 一、钢的低倍组织及缺陷评级适用范围 关于低倍组织及缺陷评级图在有关标准书刊中可以找到，这里不进行叙述。 钢的低倍组织及缺陷评定适用于碳素钢、合金结构钢、
