鋼鐵缺陷的理化檢測(cè)

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缺陷的理化檢測(cè)(physical and chemical test of defects)

用物理和化學(xué)的方法對(duì)軋材的表面缺陷和內(nèi)部缺陷進(jìn)行的檢測(cè)和定量。檢測(cè)方法有酸浸法、斷口法、塔形車削法、硫印法、顯微顯示法、電解分離法、硬度試驗(yàn)法和各種無(wú)損探傷法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)軋材質(zhì)量不斷提高的要求，各種缺陷的檢測(cè)手段在不斷發(fā)展，新的檢測(cè)方法和設(shè)備在不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)信息的分析處理也日益普遍。檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化發(fā)展迅速，從而提高了檢測(cè)效果和速度，并為更精確地進(jìn)行定性和定量分析提供了條件。

酸浸法      

一些表面缺陷如發(fā)紋，由于氧化鐵皮掩蓋，肉眼不易發(fā)現(xiàn)，采用酸洗或噴砂清去氧化鐵皮可使缺陷暴露，便于檢查、清理。一些內(nèi)部缺陷需截取縱橫斷面試樣，拋光后經(jīng)酸洗、使缺陷暴露，肉眼判斷。試樣的截取、加工和酸侵蝕方法，有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。酸浸法可檢驗(yàn)的缺陷有疏松、偏析、氣泡、翻皮、白點(diǎn)內(nèi)裂、非金屬夾雜，異金屬夾雜等。根據(jù)評(píng)級(jí)圖片，用比較法評(píng)定級(jí)別，也可以在大型機(jī)械零件的缺陷部位表面做局部酸浸低倍檢查，以免取樣使機(jī)件報(bào)廢。

斷口法      

在試樣長(zhǎng)度方向中間開(kāi)一個(gè)尖銳槽口，深度為試樣厚度、直徑或垂直于鋼材表面一側(cè)寬度的1／3。在室溫下用動(dòng)載荷將試樣折斷，用肉眼或10倍以下放大鏡觀察斷口的形貌。取樣方法、加工試驗(yàn)方法和判斷按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。斷口法可檢測(cè)疏松、縮孔、夾雜、白點(diǎn)、氣泡、內(nèi)裂、晶粒粗大、過(guò)熱組織等缺陷。對(duì)機(jī)械零件折斷的折斷面，也可進(jìn)行斷口缺陷的判斷。

塔形車削法      

主要用于檢測(cè)發(fā)紋及非金屬夾雜。試樣用車床車成塔形(板試樣用刨床刨出三個(gè)階梯)，用酸浸法或磁粉檢驗(yàn)每個(gè)階梯上的發(fā)紋條數(shù)和長(zhǎng)度，以及全部階梯上的發(fā)紋總條數(shù)和總長(zhǎng)度，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或供貨協(xié)議判定產(chǎn)品是否合格。

硫印法     

可檢驗(yàn)材料中硫的偏析，并可間接地檢驗(yàn)其他元素的偏析和分布。對(duì)評(píng)價(jià)鋼的質(zhì)量有重要意義。試樣根據(jù)需要截取，試樣加工與酸浸法要求相同。將溴化銀光面印像紙浸入稀硫酸液中1～2min，然后貼在試樣的加工面上，趕出中間的氣泡和空隙，使像紙完全接觸金屬表面。3～5min后，取下用清水沖洗，放入定影液中定影，定影后再?zèng)_洗干凈并烘干。印像紙上的硫酸與試樣面上的硫化物反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫。它與像紙上溴化銀反應(yīng)生成硫化銀，沉集于像紙上形成棕色及褐色斑點(diǎn)。根據(jù)斑點(diǎn)的分布來(lái)判斷硫偏析程度以及縮孔和夾雜，按標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)評(píng)定。

顯微顯示法      

金屬材料內(nèi)微觀的缺陷，無(wú)法用肉眼直接判斷，需要用顯微放大顯示才能觀察清楚。顯微設(shè)施有金相顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、掃描電子顯微鏡、x射線衍射儀等。借助光學(xué)、電子技術(shù)、x射線技術(shù)進(jìn)行顯微觀察和分析。試樣從缺陷部位截取，也可借用拉伸和沖擊試樣充當(dāng)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣表面須經(jīng)粗磨、細(xì)磨、機(jī)械拋光或電解拋光。為了能顯示其組織，可對(duì)試樣加工面進(jìn)行化學(xué)侵蝕、物理顯示或復(fù)膜。電子顯微鏡試樣要做成極薄(10～2000A)的薄膜，或用復(fù)型技術(shù)，將試樣觀察面上的蝕刻復(fù)制下來(lái)，對(duì)復(fù)型進(jìn)行觀察。由于電子顯微鏡和x射線衍射操作復(fù)雜，制樣費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本高，多用于科學(xué)研究。一般缺陷檢測(cè)多用金相顯微鏡。顯微顯示法可檢測(cè)晶粒度、混晶、脫碳層、過(guò)熱組織、帶狀組織、網(wǎng)狀組織、金屬夾雜物、非金屬夾雜的鑒定工作。

電解分離法      

主要用于金屬內(nèi)夾雜物檢測(cè)。將基體金屬用電解法溶入溶液，夾雜物從金屬基體中分離出來(lái)，以殘?jiān)螒B(tài)收集入膠囊中，處理后測(cè)其含量、化學(xué)成分，并經(jīng)巖相、金相或x射線分析測(cè)定其晶體結(jié)構(gòu)及礦物組成。分離法還有酸溶法、化學(xué)置換法、鹵素法和氯化法等。

硬度試驗(yàn)法      

金屬內(nèi)不同的組織和夾雜物有著不同的硬度，一些用肉眼和金相顯微鏡難于判定的組織和異物，可用硬度法和顯微硬度法來(lái)鑒別和定性。比如根據(jù)基體珠光體與脫碳層鐵素體有著不同的硬度來(lái)測(cè)定脫碳層的深度。

無(wú)損探傷法      

在不取樣不破壞金屬材料的完整性的前提下可以探測(cè)出材料內(nèi)部和表面的缺陷。還可以對(duì)材料進(jìn)行全部探傷檢測(cè)，以防止用取樣法檢測(cè)造成漏檢。無(wú)損探傷方法有磁粉探傷法、磁敏傳感器法、中間存儲(chǔ)漏磁法、滲透顯示法、光學(xué)法、電位探針?lè)?、射線探傷法、超聲波探傷法和渦流探傷法等。各種探傷方法均按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為判定依據(jù)。

(1)磁粉探傷法。主要用于發(fā)現(xiàn)金屬表面或接近表面的微小缺陷如裂紋、折疊、夾雜、氣泡等。首先把試件進(jìn)行磁化，若試件表面或內(nèi)部有缺陷時(shí)，磁通量的均勻性受到破壞，磁力線偏離原來(lái)方向，繞過(guò)缺陷處。此時(shí)若把磁粉噴灑在試樣表面上，有缺陷處漏磁，就會(huì)吸引磁粉顯示出缺陷的痕跡和輪廓。這種方法對(duì)棒材、軸材、管坯和方坯的探傷很有效。

(2)磁敏傳感器法。將傳感器置于被磁化的材料表面，用于檢測(cè)表面缺陷的漏磁，不僅可測(cè)出缺陷的存在并可進(jìn)行缺陷的定量分析?？蓽y(cè)出長(zhǎng)度為1μm，深度為10μm的表面缺陷。

(3)中間存儲(chǔ)漏磁法。將錄音磁帶放在被磁化的材料表面上并且記錄下由缺陷引起的漏磁，然后用磁敏傳感器測(cè)量磁帶記錄下的信息。檢測(cè)過(guò)程與記錄漏磁過(guò)程可以在不同時(shí)間和地點(diǎn)分別進(jìn)行。

(4)滲透顯示法。用于探測(cè)人眼不易發(fā)現(xiàn)的表面裂縫，用于軸件、軋輥、齒輪等的檢查。將熒光液或著色液(紅色)涂在零件或材料表面上，也可以把零件浸入這些液體內(nèi)。表面裂縫處由于毛細(xì)作用而滲入這些溶液。取出沖凈表面上的溶液后，裂縫內(nèi)仍殘留有這種溶液，并且滲漏出來(lái)。殘留有熒光液的金屬材料表面在紫外線照射下顯示出清晰的熒光勾劃出的缺陷的位置和形狀。經(jīng)著色劑著色的材料表面，沖凈后再涂上一層鋅白做為顯示劑，裂縫內(nèi)存留的紅色著色劑就會(huì)滲漏出來(lái)，在鋅白的表面上顯示出紅色的缺陷部位和形狀。因此，滲透顯示法無(wú)損探傷也叫著色探傷。

(5)光學(xué)法。對(duì)被檢材料表面應(yīng)用激光束掃描。由于大部分缺陷與基體之間存在著一定的光學(xué)反差，而各表面缺陷之間又可以通過(guò)它們?cè)阡摬谋砻嫔系拈L(zhǎng)度、寬度、形狀、位置等的反光差異而加以區(qū)別。因此通過(guò)利用光反射原理所獲得的光學(xué)信號(hào)，就可得到對(duì)缺陷的描述。激光束的光點(diǎn)越小，則描述的信息就越豐富。光學(xué)方法主要用于對(duì)冷軋薄帶、薄板等表面質(zhì)量要求很高的產(chǎn)品的表面檢驗(yàn)。這些產(chǎn)品表面要求達(dá)到用肉眼看不出缺陷。

(6)電位探針?lè)?。該法的基礎(chǔ)是測(cè)量受檢表面某一固定檢驗(yàn)段的電壓降。利用兩個(gè)探針去接觸被測(cè)體并保持一定間隔，使電流流入試樣表面。如果沒(méi)有缺陷則兩個(gè)探針測(cè)得的電壓降總是相同的；如果兩個(gè)探針之間有裂紋，則由于電流繞著裂紋流動(dòng)的路程較長(zhǎng)，而出現(xiàn)較大的電壓降。所測(cè)得的電壓降的變化同裂紋深度成正比。用此法可以較準(zhǔn)確地測(cè)定裂紋深度。

(7)射線探傷法。利用x射線和γ射線能穿透物質(zhì)并被部分吸收后穿透力衰減的特性而進(jìn)行的探傷方法。在金屬材料內(nèi)部有缺陷處內(nèi)由于有空洞或密度減小，射線穿透的量多，吸收的量減少，這樣在射線接受屏幕或感光膠片上便能顯示出缺陷的部位和形狀。

(8)超聲波探傷法。超聲波是波長(zhǎng)很短，指向性很強(qiáng)的彈性波，能在均勻的介質(zhì)中傳播，并在界面上反射。當(dāng)遇到缺陷處的界面時(shí)，超聲波會(huì)發(fā)生不同反射。根據(jù)反射脈沖訊號(hào)的高度和底波的有無(wú)，可以判定有無(wú)缺陷和缺陷的大小，并探出材料內(nèi)部的裂縫、夾層、縮孔、氣孔、白點(diǎn)、夾雜等缺陷。超聲波探傷方法有陰影法、共振法及脈沖反射法等，其中脈沖反射法應(yīng)用得比較普遍。

(9)渦流探傷法。一些淺表性缺陷發(fā)生在超聲波的盲區(qū)，可用渦流探傷法檢測(cè)。將試件放入產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線圈內(nèi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)在試件內(nèi)產(chǎn)生渦流磁場(chǎng)。渦流磁場(chǎng)與線圈磁場(chǎng)交互作用，又使線圈的阻抗矢量發(fā)生變化。用電子儀表顯示其變化，就可判斷出缺陷的有無(wú)和大小。缺陷的理化檢測(cè)(physical and chemical test of defects)

用物理和化學(xué)的方法對(duì)軋材的表面缺陷和內(nèi)部缺陷進(jìn)行的檢測(cè)和定量。檢測(cè)方法有酸浸法、斷口法、塔形車削法、硫印法、顯微顯示法、電解分離法、硬度試驗(yàn)法和各種無(wú)損探傷法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)軋材質(zhì)量不斷提高的要求，各種缺陷的檢測(cè)手段在不斷發(fā)展，新的檢測(cè)方法和設(shè)備在不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)信息的分析處理也日益普遍。檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化發(fā)展迅速，從而提高了檢測(cè)效果和速度，并為更精確地進(jìn)行定性和定量分析提供了條件。

酸浸法      

一些表面缺陷如發(fā)紋，由于氧化鐵皮掩蓋，肉眼不易發(fā)現(xiàn)，采用酸洗或噴砂清去氧化鐵皮可使缺陷暴露，便于檢查、清理。一些內(nèi)部缺陷需截取縱橫斷面試樣，拋光后經(jīng)酸洗、使缺陷暴露，肉眼判斷。試樣的截取、加工和酸侵蝕方法，有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。酸浸法可檢驗(yàn)的缺陷有疏松、偏析、氣泡、翻皮、白點(diǎn)內(nèi)裂、非金屬夾雜，異金屬夾雜等。根據(jù)評(píng)級(jí)圖片，用比較法評(píng)定級(jí)別，也可以在大型機(jī)械零件的缺陷部位表面做局部酸浸低倍檢查，以免取樣使機(jī)件報(bào)廢。

斷口法      

在試樣長(zhǎng)度方向中間開(kāi)一個(gè)尖銳槽口，深度為試樣厚度、直徑或垂直于鋼材表面一側(cè)寬度的1／3。在室溫下用動(dòng)載荷將試樣折斷，用肉眼或10倍以下放大鏡觀察斷口的形貌。取樣方法、加工試驗(yàn)方法和判斷按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。斷口法可檢測(cè)疏松、縮孔、夾雜、白點(diǎn)、氣泡、內(nèi)裂、晶粒粗大、過(guò)熱組織等缺陷。對(duì)機(jī)械零件折斷的折斷面，也可進(jìn)行斷口缺陷的判斷。

塔形車削法      

主要用于檢測(cè)發(fā)紋及非金屬夾雜。試樣用車床車成塔形(板試樣用刨床刨出三個(gè)階梯)，用酸浸法或磁粉檢驗(yàn)每個(gè)階梯上的發(fā)紋條數(shù)和長(zhǎng)度，以及全部階梯上的發(fā)紋總條數(shù)和總長(zhǎng)度，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或供貨協(xié)議判定產(chǎn)品是否合格。

硫印法     

可檢驗(yàn)材料中硫的偏析，并可間接地檢驗(yàn)其他元素的偏析和分布。對(duì)評(píng)價(jià)鋼的質(zhì)量有重要意義。試樣根據(jù)需要截取，試樣加工與酸浸法要求相同。將溴化銀光面印像紙浸入稀硫酸液中1～2min，然后貼在試樣的加工面上，趕出中間的氣泡和空隙，使像紙完全接觸金屬表面。3～5min后，取下用清水沖洗，放入定影液中定影，定影后再?zèng)_洗干凈并烘干。印像紙上的硫酸與試樣面上的硫化物反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫。它與像紙上溴化銀反應(yīng)生成硫化銀，沉集于像紙上形成棕色及褐色斑點(diǎn)。根據(jù)斑點(diǎn)的分布來(lái)判斷硫偏析程度以及縮孔和夾雜，按標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)評(píng)定。

顯微顯示法      

金屬材料內(nèi)微觀的缺陷，無(wú)法用肉眼直接判斷，需要用顯微放大顯示才能觀察清楚。顯微設(shè)施有金相顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、掃描電子顯微鏡、x射線衍射儀等。借助光學(xué)、電子技術(shù)、x射線技術(shù)進(jìn)行顯微觀察和分析。試樣從缺陷部位截取，也可借用拉伸和沖擊試樣充當(dāng)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣表面須經(jīng)粗磨、細(xì)磨、機(jī)械拋光或電解拋光。為了能顯示其組織，可對(duì)試樣加工面進(jìn)行化學(xué)侵蝕、物理顯示或復(fù)膜。電子顯微鏡試樣要做成極薄(10～2000A)的薄膜，或用復(fù)型技術(shù)，將試樣觀察面上的蝕刻復(fù)制下來(lái)，對(duì)復(fù)型進(jìn)行觀察。由于電子顯微鏡和x射線衍射操作復(fù)雜，制樣費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本高，多用于科學(xué)研究。一般缺陷檢測(cè)多用金相顯微鏡。顯微顯示法可檢測(cè)晶粒度、混晶、脫碳層、過(guò)熱組織、帶狀組織、網(wǎng)狀組織、金屬夾雜物、非金屬夾雜的鑒定工作。

電解分離法      

主要用于金屬內(nèi)夾雜物檢測(cè)。將基體金屬用電解法溶入溶液，夾雜物從金屬基體中分離出來(lái)，以殘?jiān)螒B(tài)收集入膠囊中，處理后測(cè)其含量、化學(xué)成分，并經(jīng)巖相、金相或x射線分析測(cè)定其晶體結(jié)構(gòu)及礦物組成。分離法還有酸溶法、化學(xué)置換法、鹵素法和氯化法等。

硬度試驗(yàn)法      

金屬內(nèi)不同的組織和夾雜物有著不同的硬度，一些用肉眼和金相顯微鏡難于判定的組織和異物，可用硬度法和顯微硬度法來(lái)鑒別和定性。比如根據(jù)基體珠光體與脫碳層鐵素體有著不同的硬度來(lái)測(cè)定脫碳層的深度。

無(wú)損探傷法      

在不取樣不破壞金屬材料的完整性的前提下可以探測(cè)出材料內(nèi)部和表面的缺陷。還可以對(duì)材料進(jìn)行全部探傷檢測(cè)，以防止用取樣法檢測(cè)造成漏檢。無(wú)損探傷方法有磁粉探傷法、磁敏傳感器法、中間存儲(chǔ)漏磁法、滲透顯示法、光學(xué)法、電位探針?lè)?、射線探傷法、超聲波探傷法和渦流探傷法等。各種探傷方法均按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為判定依據(jù)。

(1)磁粉探傷法。主要用于發(fā)現(xiàn)金屬表面或接近表面的微小缺陷如裂紋、折疊、夾雜、氣泡等。首先把試件進(jìn)行磁化，若試件表面或內(nèi)部有缺陷時(shí)，磁通量的均勻性受到破壞，磁力線偏離原來(lái)方向，繞過(guò)缺陷處。此時(shí)若把磁粉噴灑在試樣表面上，有缺陷處漏磁，就會(huì)吸引磁粉顯示出缺陷的痕跡和輪廓。這種方法對(duì)棒材、軸材、管坯和方坯的探傷很有效。

(2)磁敏傳感器法。將傳感器置于被磁化的材料表面，用于檢測(cè)表面缺陷的漏磁，不僅可測(cè)出缺陷的存在并可進(jìn)行缺陷的定量分析?？蓽y(cè)出長(zhǎng)度為1μm，深度為10μm的表面缺陷。

(3)中間存儲(chǔ)漏磁法。將錄音磁帶放在被磁化的材料表面上并且記錄下由缺陷引起的漏磁，然后用磁敏傳感器測(cè)量磁帶記錄下的信息。檢測(cè)過(guò)程與記錄漏磁過(guò)程可以在不同時(shí)間和地點(diǎn)分別進(jìn)行。

(4)滲透顯示法。用于探測(cè)人眼不易發(fā)現(xiàn)的表面裂縫，用于軸件、軋輥、齒輪等的檢查。將熒光液或著色液(紅色)涂在零件或材料表面上，也可以把零件浸入這些液體內(nèi)。表面裂縫處由于毛細(xì)作用而滲入這些溶液。取出沖凈表面上的溶液后，裂縫內(nèi)仍殘留有這種溶液，并且滲漏出來(lái)。殘留有熒光液的金屬材料表面在紫外線照射下顯示出清晰的熒光勾劃出的缺陷的位置和形狀。經(jīng)著色劑著色的材料表面，沖凈后再涂上一層鋅白做為顯示劑，裂縫內(nèi)存留的紅色著色劑就會(huì)滲漏出來(lái)，在鋅白的表面上顯示出紅色的缺陷部位和形狀。因此，滲透顯示法無(wú)損探傷也叫著色探傷。

(5)光學(xué)法。對(duì)被檢材料表面應(yīng)用激光束掃描。由于大部分缺陷與基體之間存在著一定的光學(xué)反差，而各表面缺陷之間又可以通過(guò)它們?cè)阡摬谋砻嫔系拈L(zhǎng)度、寬度、形狀、位置等的反光差異而加以區(qū)別。因此通過(guò)利用光反射原理所獲得的光學(xué)信號(hào)，就可得到對(duì)缺陷的描述。激光束的光點(diǎn)越小，則描述的信息就越豐富。光學(xué)方法主要用于對(duì)冷軋薄帶、薄板等表面質(zhì)量要求很高的產(chǎn)品的表面檢驗(yàn)。這些產(chǎn)品表面要求達(dá)到用肉眼看不出缺陷。

(6)電位探針?lè)?。該法的基礎(chǔ)是測(cè)量受檢表面某一固定檢驗(yàn)段的電壓降。利用兩個(gè)探針去接觸被測(cè)體并保持一定間隔，使電流流入試樣表面。如果沒(méi)有缺陷則兩個(gè)探針測(cè)得的電壓降總是相同的；如果兩個(gè)探針之間有裂紋，則由于電流繞著裂紋流動(dòng)的路程較長(zhǎng)，而出現(xiàn)較大的電壓降。所測(cè)得的電壓降的變化同裂紋深度成正比。用此法可以較準(zhǔn)確地測(cè)定裂紋深度。

(7)射線探傷法。利用x射線和γ射線能穿透物質(zhì)并被部分吸收后穿透力衰減的特性而進(jìn)行的探傷方法。在金屬材料內(nèi)部有缺陷處內(nèi)由于有空洞或密度減小，射線穿透的量多，吸收的量減少，這樣在射線接受屏幕或感光膠片上便能顯示出缺陷的部位和形狀。

(8)超聲波探傷法。超聲波是波長(zhǎng)很短，指向性很強(qiáng)的彈性波，能在均勻的介質(zhì)中傳播，并在界面上反射。當(dāng)遇到缺陷處的界面時(shí)，超聲波會(huì)發(fā)生不同反射。根據(jù)反射脈沖訊號(hào)的高度和底波的有無(wú)，可以判定有無(wú)缺陷和缺陷的大小，并探出材料內(nèi)部的裂縫、夾層、縮孔、氣孔、白點(diǎn)、夾雜等缺陷。超聲波探傷方法有陰影法、共振法及脈沖反射法等，其中脈沖反射法應(yīng)用得比較普遍。

(9)渦流探傷法。一些淺表性缺陷發(fā)生在超聲波的盲區(qū)，可用渦流探傷法檢測(cè)。將試件放入產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線圈內(nèi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)在試件內(nèi)產(chǎn)生渦流磁場(chǎng)。渦流磁場(chǎng)與線圈磁場(chǎng)交互作用，又使線圈的阻抗矢量發(fā)生變化。用電子儀表顯示其變化，就可判斷出缺陷的有無(wú)和大小。