金属热处理缺陷分析及案例

前言

第1章概论

第2章热处理裂纹

1热处理裂纹的一般概念

2加热不当形成的裂纹

2.1升温速度过快引起的裂纹

2.2表面增碳或脱碳引起的裂纹

2.3过热或过烧引起的裂纹

2.4在含氢气氛中加热引起的氢致裂纹

3金属零件的淬火裂纹

3.1马氏体的显微裂纹

3.2淬火裂纹

3.2.1纵向裂纹

3.2.2横向裂纹（弧形裂纹）

3.2.3网状裂纹

3.2.4剥离裂纹

3.2.5应力集中裂纹

3.2.6过热淬火裂纹

4影响淬火裂纹形成的因素

4.1冶金因素的影响

4.1.1钢件的冶金质量

4.1.2钢件的化学成分

4.1.3原始组织的影响

4.2零件尺寸和结构的影响

4.3工艺因素的影响

4.3.1加热因素的影响

4.3.2冷却因素的影响

5预防淬火裂纹的方法

5.1正确进行产品设计

5.1.1材料选择

5.1.2零件的结构设计

5.1.3热处理技术条件

5.2合理安排工艺路线

5.3恰当确定加热参数

5.3.1加热介质

5.3.2加热速度

5.3.3加热温度

5.3.4保温时间

5.4选定合适的淬火方法

5.5淬火介质的选择

5.5.1淬火介质的冷却能力

5.5.2淬火介质特点与选择

5.6防止淬火裂纹的其他措施

6其他热处理裂纹

6.1回火裂纹

6.2冷处理裂纹

6.3时效裂纹

6.4磨削裂纹

6.5电镀裂纹

第3章热处理变形

1工件热处理的尺寸变化

2工件热处理的形状畸变

3热处理变形的一般规律

3.1淬火变形的趋势

3.2影响热处理变形的因素

3.2.1化学成分对热处理变形的影响

3.2.2原始组织和应力状态对热处理变形的影响

3.2.3工件几何形状对热处理变形的影响

3.2.4工艺参数对热处理变形的影响

3.2.5时效与冷处理对热处理变形的影响

3.3化学热处理工件的变形

3.3.1渗碳工件的变形

3.3.2渗氮工件的变形

4热处理变形的校正

4.1机械校正法

4.2热处理校正法

第4章残余内应力

1热处理内应力

1.1热应力

1.2组织应力

1.3热处理工件的残余应力分布及影响因素

1.4表面淬火工件的残余应力

1.5化学热处理工件的残余应力

2残余应力对力学性能的影响

2.1残余应力与硬度

2.2残余应力与磨损

2.3残余应力与疲劳

2.3.1残余压应力提高工件的疲劳强度

2.3.2残余应力对疲劳强度影响的机理

2.4残余应力与腐蚀

2.5残余应力与电镀

3残余应力的调整和消除

3.1热处理对消除残余应力的作用

3.1.1消除应力退火

3.1.2回火与残余应力的去除

第5章组织不合格

1热处理与组织、性能的关系

2氧化与脱碳

2.1氧化

2.2脱碳

2.3防止和减轻氧化脱碳的措施

3过热与过烧

3.1过热

3.2过烧

4低、中碳钢预备热处理球化体级别不合格

5渗碳组织缺陷

5.1表层碳化物过多，呈大块状或网状分布

5.2残余奥氏体量过多

5.3马氏体粗大

5.4内氧化

5.5黑色组织

5.5.1黑色点状组织

5.5.2黑色网状组织

5.5.3托氏体黑色网带组织

6渗氮组织缺陷

6.1渗前原始组织中铁素体过多、回火索氏体

组织粗大

6.2化合物层疏松

6.3针状组织

6.4网状和脉状氮化物

7渗硼组织缺陷

7.1渗硼层的非正常组织

7.2硼化层较多孔洞

第6章力学性能不合格

1热处理和硬度

1.1软点

1.2硬度不足

1.3高频淬火和渗碳工件的软点和硬度不足

2拉伸性能和疲劳强度不合格

2.1拉伸性能不合格

2.2疲劳性能不合格

2.2.1淬火不充分的影响

2.2.2渗碳层内氧化的影响

2.2.3碳氮共渗渗层中黑色组织的影响

2.2.4渗碳层中过量残余奥氏体的影响

2.2.5渗碳层中网状和大块状碳化物的影响

2.2.6脱碳的影响

3耐腐蚀性能不良

3.1热处理对晶间腐蚀和点腐蚀性能的影响

3.2热处理对应力腐蚀开裂的影响

4持久蠕变性能不合格

4.1高温合金热处理与持久蠕变性能

4.1.1高温合金中的常见相

4.1.2高温合金热处理对持久蠕变性能的影响

4.2高温蠕变脆性

5非铁金属合金力学性能不合格

第7章脆性

1回火脆性

1.1第一类回火脆性

1.1.1第一类回火脆性机理

1.1.2第一类回火脆性的抑制和防止

1.2第二类回火脆性

1.2.1影响第二类回火脆性的因素

1.2.2第二类回火脆性机理

1.2.3第二类回火脆性的抑制和防止

2低温脆性

2.1低温脆性的评定

2.2钢的成分和组织对低温脆性断裂的影响

2.2.1合金元素和杂质的影响

2.2.2组织的影响

3氢脆性

3.1氢脆及其分类

3.2钢的成分和组织对氢脆的影响

4σ脆性

4.1σ相的性质及其对性能的影响

4.2钢的成分、热处理与σ相的形成

5电镀脆性

5.1电镀脆性的影响因素

5.2防止电镀脆性的措施

6渗层脆性

6.1渗氮层脆性

6.2渗硼层脆性

第8章其他热处理缺陷

1化学热处理和表面热处理特殊缺陷

1.1渗碳硬化层深度不合格

1.2渗氮硬化层深度不合格

1.3渗硼、渗铝硬化层深度不合格

1.4感应加热淬火硬化层深度不合格

1.5火焰加热淬火硬化层深度不合格

2真空热处理和保护热处理缺陷

2.1真空热处理表面合金元素贫化与粘连

2.2表面不光亮和氧化色

2.3表面增碳或增氮

3有色金属合金热处理缺陷

3.1铝合金热处理缺陷

3.2镁合金热处理缺陷

3.3钛合金热处理缺陷

3.4铜合金热处理缺陷

3.5高温合金热处理缺陷

第9章热处理缺陷预防与全面质量控制

1热处理全面质量控制的概念

2基础条件控制

2.1环境条件控制

2.1.1厂房

2.1.2温度

2.1.3照明与噪声

2.2设备与仪表控制

2.2.1热处理炉的炉温均匀性及分类

2.2.2热处理炉气氛控制

2.2.3冷却设备控制

2.2.4检验设备控制

2.2.5温度仪表及控制系统

2.2.6气氛仪表及控制系统

2.3人员素质和管理水平

2.3.1人员素质

2.3.2质量管理

3热处理前质量控制

3.1热处理零件设计的质量控制

3.1.1材料选择

3.1.2热处理技术要求的确定和标注

3.1.3热处理零件结构形状设计

3.2原材料质量控制

3.2.1零件原材料质量控制

3.2.2热处理工艺材料质量控制

3.3热处理前各工序质量控制

3.3.1锻造质量控制

3.3.2铸造质量控制

3.3.3焊接质量控制

3.3.4机械加工质量控制

4热处理中质量控制

4.1待处理件的核查

4.2预备热处理质量控制

4.3最终热处理质量控制

4.3.1工艺控制

4.3.2设备选择与槽液控制

4.3.3生产操作控制

4.3.4质量要求与检验

4.4表面热处理与化学热处理的质量控制

4.4.1工艺方法选择

4.4.2表面淬火质量控制

4.4.3渗碳质量控制

4.4.4渗氮质量控制

4.4.5渗硼质量控制

4.4.6渗铝质量控制

5热处理后质量控制

5.1后处理质量控制

5.1.1热处理后防锈

5.1.2表面强化

5.1.3磨削加工

5.1.4电镀

5.2完善质量服务工作

5.3重视环保技术安全工作

5.3.1热处理生产的环境保护

5.3.2热处理生产的技术安全

第10章热处理缺陷分析案例

1汽车半轴淬火开裂与疲劳断裂的分析及防止措施

245钢工件在易裂尺寸范围开裂的分析及防止措施

3本体淬火裂纹的分析及防止措施

4三硝水－空气双液淬火裂纹的分析及防止措施

5绞肉机孔板淬火工艺的改进

6高碳钢及轴承钢零件淬火裂纹的分析及防止措施

7机床活塞超音频淬火裂纹的分析及防止措施

8汽车转向节中频淬火裂纹的分析及防止措施

9大型工件热处理过程中内裂的分析及防止措施

10高速钢焊接工具裂纹的分析及防止措施

11曲线齿锥齿轮热处理变形的分析及防止措施

12无压淬火减少曲线齿锥齿轮平面翘曲变形

13齿轮淬火变形的分析及防止措施

14锥齿轮花键孔变形的分析及防止措施

15汽车稳定杆淬火工艺的改进

16工字卡规热处理变形的分析及防止措施

17利用热应力预弯曲减少上导轨淬火变形

18碟形刀片的防止变形热处理

1965Mn弹簧片热处理变形的分析及防止措施

20空心辊中频表面淬火变形的分析及防止措施

21气体氮碳共渗零件变形的分析及防止措施

22T10A模具线切割开裂的分析及防止措施

23大型冷冲模具热处理缺陷分析及改进措施

24热处理工艺对零件表面组织及磨削裂纹的影响

25木工锯条热处理残品的挽救措施

26气体渗碳件的补修工艺

27高频淬火构件低应力疲劳脆断的分析及防止措施

2820钢板冷冲压产生裂纹的原因及解决方法

2920CrMnTi钢预备热处理组织缺陷分析

3020MnV钢圆环链质量分析

3115Cr钢活塞销淬火工艺的改进

32游标卡尺测尺热处理新工艺

33球墨铸铁底座退火工艺的改进

34冷作模具失效分析及改进措施

35叉车半轴中频淬火质量分析与工艺改进

36曲轴气体渗氮后表面硬度偏低的挽救措施

3765Mn钢爪型接地弹簧垫圈热处理工艺改进

38高强度钢甲醇裂解气保护热处理氢脆

3920CrMnTi钢齿轮碳氮共渗中的氢脆

40渗碳齿轮通氨淬火的氢脆现象

41Z10硅钢片的脆化与防止

4225Cr2Mo1V钢高温紧固螺栓脆化及恢复热处理

43汽车渗碳零件失效分析

441Cr18Ni9Ti钢桔皮状表面的探讨

参考文献2100433B

本书对热处理缺陷进行了全面系统论述，着重阐述了热处理裂纹、变形超指标、残余应力过大、组织不合格、性能不合格、脆性等常见热处理缺陷，采取理论分析与实际经验相结合的方法，讨论了各种热处理缺陷的特征、产生原因、危害性及预防挽救措施，专门介绍了真空热处理、保护热处理及有色金属热处理可能出现的缺陷；从预防的角度介绍了热处理质量全面控制；最后一章还列举了各种类型热处理缺陷分析的案例。

本书可供热处理研究、生产、检验的工程技术人员及管理人员阅读，对机械产品设计、冷热加工工艺和维修人员，以及高等院校金属材料及热处理专业师生也具有重要参考价值。

本书突出先进性和实用性，以焊接成形质量检验及缺陷分析为基础，阐述了各类焊缝中常见的焊接缺陷，例如焊缝外观、气孔、夹杂物、变形、结构疲劳和脆性断裂等缺陷，帮助读者了解产生焊接缺陷的原因、如何进行分析和提出防止对策等，并给出来源于生产实践的各种焊接成形缺陷的分析与防止的实例及分析，以指导实际焊接生产。此外，本书正文中相关国家或行业标准均为最新标准或更新标准，且附加了目前我国现行各行业焊接缺陷检验及质量控制的相关国家标准。

本书主要供从事与焊接技术方面相关的工程技术人员、管理和质量检验人员使用，也可供高等院校、科研院所、企事业单位的有关教学、科研和监察人员参考。

第1章焊接成形质量检验及缺陷分析基础/ 1

1.1焊接成形质量评定与控制1

1.1.1焊接质量评定标准1

1.1.2焊接质量控制体系2

1.1.3焊接质量控制内容与实施5

1.2焊接缺陷分类及影响因素12

1.2.1常见焊接缺陷类型12

1.2.2焊接缺陷影响因素19

1.3焊接质量检验及方法23

1.3.1焊接质量检验内容23

1.3.2焊接检验方法与实施30

第2章焊缝外观缺欠/ 52

2.1焊缝咬边分析52

2.1.1焊缝咬边类型及特点52

2.1.2焊缝咬边对接头质量的影响52

2.1.3咬边原因及防止措施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未熔合及未焊透产生的原因57

2.2.3未熔合及未焊透的防止措施58

2.3焊缝外观缺欠检验方法59

2.4焊缝外观缺欠分析实例61

2.4.1液压支架结构件焊接未熔合缺陷的分析与防止61

2.4.2高速焊钢管焊缝凹陷和咬边分析63

2.4.3高炉立峰管极电渣焊接头未熔合缺陷的防止65

2.4.4钛合金导弹舱体未焊透缺陷的分析67

2.4.5安装膜式壁打底焊道未焊透原因及防止70

第3章焊缝成分偏析和夹杂/ 72

3.1焊缝成分偏析分析72

3.1.1焊缝中成分偏析分类72

3.1.2偏析产生的原因及防止措施73

3.2焊缝非金属夹杂物分析74

3.2.1焊缝中非金属夹杂物分类与特征74

3.2.2焊缝中非金属夹杂物防止措施75

3.3缺陷检验方法76

3.3.1夹杂物的显微观察76

3.3.2夹杂物及物相的测试法77

3.4焊缝偏析与夹杂物分析实例80

3.4.1高强钢焊缝金属中的非金属夹杂物分析80

3.4.2微合金钢焊缝金属中夹杂物的分析85

3.4.3埋弧焊接钢管焊缝边缘夹杂物分析88

3.4.4螺旋管焊缝夹杂物分析及防止措施91

3.4.5船体结构焊缝非金属夹杂物对断裂韧度的影响93

第4章焊缝中的气孔/ 96

4.1焊缝中的气孔96

4.1.1气孔类型及特征96

4.1.2气孔的产生及危害98

4.2焊缝气孔分析100

4.2.1焊缝气孔的产生机理及影响因素100

4.2.2焊缝中气孔的防止措施104

4.3焊缝气孔分析实例108

4.3.1铝合金分馏塔及管道焊接气孔分析108

4.3.2镁/铝异种金属激光焊气孔形成与防止措施111

4.3.32A12铝合金管件电子束焊气孔缺陷分析114

4.3.4埋弧焊管焊缝夹珠型气孔的形成与消除115

4.3.5ZQ6501转轴焊修的气孔及消除措施117

4.3.6埋弧焊焊接T形焊缝气孔产生原因分析与对策118

4.3.7小口径耐热合金钢管钨极氩弧焊气孔分析与防治121

第5章焊接应力与变形/ 123

5.1焊接应力分析123

5.1.1影响焊接应力集中的因素123

5.1.2焊接应力防止措施127

5.2焊接变形分析129

5.2.1焊接变形特点及分类129

5.2.2影响焊接变形的因素131

5.2.3防止焊接变形的措施138

5.3防止焊接应力与变形实例141

5.3.1核电站反应堆堆内构件仪表套管焊接变形控制141

5.3.2大型焊接H型钢制造工艺与变形控制146

5.3.3大型油罐焊接变形控制150

5.3.4大中型储罐焊接应力与变形的控制与消除154

5.3.5三峡电站700MW转子圆盘支架焊接变形控制156

5.3.6大型复杂构件的焊接应力与变形控制159

5.3.7大型复杂结构铝筒焊接变形控制162

第6章焊接裂纹/ 165

6.1焊接热裂纹165

6.1.1焊接热裂纹分类及特征165

6.1.2焊接热裂纹分析方法167

6.2焊接冷裂纹174

6.2.1焊接冷裂纹分类及特征174

6.2.2焊接冷裂纹分析方法176

6.3焊接裂纹影响因素与防止措施186

6.3.1焊接热裂纹影响因素186

6.3.2热裂纹及再热裂纹防止对策189

6.3.3焊接冷裂纹影响因素190

6.3.4焊接冷裂纹的防止措施191

6.4焊接裂纹分析实例194

6.4.1大庆30万吨乙烯工程9Ni钢球罐焊接液化裂纹分析194

6.4.2347奥氏体不锈钢焊接热裂纹与再热裂纹分析198

6.4.3国产600MW机组高加管座焊接延迟裂纹分析203

6.4.4船舶高强钢结构低温环境下焊接冷裂纹的防止205

6.4.5西气东输X80管线钢的焊接冷裂纹分析207

6.4.6核电站波动管对接焊缝裂纹分析210

6.4.7船体外板装配焊接裂纹分析212

6.4.8龙滩电站蜗壳排水阀阀座焊接裂纹分析与对策215

6.4.9大厚度异种钢焊接裂纹原因分析与对策218

6.4.10液压支架用Q550 Q690高强钢焊接裂纹分析224

6.4.11高水头电站压力钢管环焊缝裂纹分析227

第7章焊接结构断裂/ 231

7.1焊接结构疲劳断裂分析231

7.1.1疲劳的基本概念231

7.1.2焊接接头的疲劳性能234

7.1.3影响焊接结构疲劳强度的因素237

7.1.4改善焊接接头疲劳强度的措施240

7.2焊接结构脆性断裂分析243

7.2.1脆性断裂机理243

7.2.2脆性断裂特征及影响因素244

7.2.3脆性断裂的防止措施246

7.3焊接结构断裂分析实例249

7.3.120MnSi带肋钢筋焊接脆性断裂原因及工艺优化249

7.3.2汽轮机17CrMo1V焊接低压转子脆性断裂分析252

7.3.3汽车车架疲劳断裂损坏分析与焊接修复254

7.3.45A06铝合金及其焊接接头的疲劳断裂分析259

7.3.5换热器管束焊缝发生疲劳断裂分析262

7.3.6某型发动机导管焊缝疲劳裂纹失效分析265

7.3.7输油管线螺旋焊管焊缝断裂原因分析267

7.3.8工业蒸汽管道断裂原因分析270

第8章焊接缺陷综合分析实例/ 274

8.1综合实例分析1274

8.2综合实例分析2278

8.3综合实例分析3281

8.4综合实例分析4285

附录焊缝缺陷检验及质量控制国家标准汇总/ 289 2100433B