失效及缺陷组织照片

leomet

“leomet”上传了很多经典的失效及缺陷组织照片，为便于大家系统学习，特进行了整理，欢迎大家浏览本置顶贴。

本贴禁止一般性的回复.

感谢会员“leomet”上的宝贵照片。

These photos will be footprints on the sands of time, in the field of metallurgy.
left behind me,  after departing----- from A PSALM OF LIFE by H.W. Longfellow.
SKD 61 模具破裂   

此锻模死於晶粒粗大得有点离谱, 白层未去除也有点贡献.
我上传的照片, 通常在 10x7.5 cm 大时: A=50X, B=100X, C=200X, D=500, E=1000X.

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-5-2 16:09 编辑 ]

leomet

是啊 都說過好幾次了. 再重申一次: 這裡我只是想把漂亮的相片分享給大家欣賞.而且對象是有受過相當 學術訓練 and/or 實務經驗的 advanced or senior engineers, 並沒有想要為初學者解惑. 因為我其實是個知識販子.

leomet

yanhaisheng007 发表于 2011-7-18 10:43
吴老师，不知道您的成功历程具体是怎么走过来的，作为一个只认识几个组织的后生，想跟您请教，您是怎样做 ...

Work hard and work smart, and you will be as good as I am when you are as old as I am---60.

leomet

裂纹不都在螺孔处 硬化區 非硬化區都有. 螺孔在非硬化區.

感應热處理當然有責任.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-8-27 17:29 编辑 ]

HRC

1、为什么裂纹都在螺孔处呢？
2、从调质图片看，此组织在淬火后硬度不低于26HRC，调质淬火后应该有回火，只是比正常回火温度低而已。如果是调质的原因引起的裂纹，那么其它地方也应该有。
3、裂纹源都起源于孔内，有高频区和调质区，从图片3，4看，调质区的裂纹起源于高频淬硬区边缘，是高频热影响区，根据高频淬火应力分布情况，内孔淬硬区和热影响区呈拉应力。
4、螺孔处壁较薄，高频时螺孔如果处理不好容易过热，导致晶粒粗大，而高频后没回火，应力得不到消除。（如果存在返工，应力更大）
5、在拉应力状态，有淬火M组织（特别是粗大M）最容易出现氢脆开裂。
6、化学镀液里存在大量氢离子。
所以我认为开裂与高频有关。

leomet

碳化物在此, 可視之為"無物"(voids)--- 也就是空孔. 圓渾的孔, 應力集中問題不大. 細薄片形的孔, 就是裂縫. 材料未上線就有這些微裂縫, 一使用受力, 就會逐漸蔓延, 終至破裂. 注意這是淬火加熱固溶後所剩餘的. 素材內更多此物.

材料破壞 必經兩階段:
1. 微裂的形成 initiation of micro cracks  
2. 微裂的蔓延 propagation of micro cracks, 終至破裂 ( fracture )

It was not meant to be a lecture. But it turned out to be one.

Anyone enlightened by my explanations above? Come up and say "thanks" if you are,
and make me feel that my time was well  spent.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-11-7 07:43 编辑 ]

97bigboy

我这有失效分析方面的（饿）电子版图书，不知有没有人需要？

[ 本帖最后由 liyi911 于 2009-5-9 23:34 编辑 ]

leomet

I share my photos only, and nothing more.That means---

NO INSTRUCTION WILL BE GIVEN TO ANYBODY.

leomet

高碳马氏体 相变化過程中, 常碰撞出"微裂"microcracks), 使用中 发展成 macro crack, 最後导致材料破裂 fracture.

解说一下: 这组照片摄自一过热之球铁, 可能加热时太靠近加热线, 原奥氏体晶粒疯狂成长, 且晶界已稍微熔融(incipient melting), 於是淬火後得到这样"中看不中用"的组织.  (只是好看, 不能使用).   注意:马氏体要微细 强度才会高.

1984年底, 我开使使用彩色底片拍摄金相. 这个试片, 有拍黑白, 也有拍彩色(自然彩, 未做彩色 etching),
我覺得彩色的好看!

彩色 etching, 可把残奥部份 做成橘红色, 与马氏体对比会更明显.  

楼主在上传时已经讲清楚，由于加热温度很高，得到的组织形态是非常典型的针状马氏体。与日常热处理生产中见到的马氏体有很大差异。可供大家、特别初学者学习用，但切忌用此马氏体来检验热处理质量。

ltw369258

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-5-2 15:54 编辑 ]

leomet

SUJ 2 內晶界碳化物, 導致筒夾早期破裂失效.
事主说以前夾几万次后磨損, 這次的<2000次就断裂.
這是第二個了 所以切片檢驗.  硬度 48 HRC.
低倍數照片中 白亮处為 碳化物富集區.Carbide-rich area.

那些橫向(垂直軋延方向)的晶界碳化物(枝晶間液析) 对工件早夭的"貢獻"最大.
不過 最大貢獻者是 溝槽的銳角前一組:橫断面, 樹枝晶痕跡;  后一組: 剖面, 帶狀偏析.

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-2-2 11:06 编辑 ]

leomet

我將此定調為蝕孔.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-4 08:12 编辑 ]

leomet

业者说他用榔头敲声响, 就裂开了. 因此送检.
裂源为键槽锐角处 致命者为"素材"的晶界碳化物. 非热处理所产生.
此检验我在台湾机械月刊1984发表过. 并谴责日本这种不合格材料 不应出口害人.

2nd photo, GB Carbide.jpg: SEM 照片中大平坦面为双晶(twin)破裂面.   右边: 1000x, 双平行白色直线 为"双晶"晶界上的碳化物薄膜

3rd photo, SKD11.jpg : 右: 红色箭头:素材晶界,  白色箭头:淬火加热所生新晶界  1000X

                 左: 200X, 白色网状为 素材晶界碳化物.( prior austenite grainboundary carbide)


SEM 照片中大平坦面為双晶(twin)破裂面. 雙晶的兩條平行直線 在3D上是兩平行薄膜.它們與基体結合力很差 稍一碰撞就會裂開 最后一張SEM 照片中 箭頭所指 就是 雙晶面. 此粗大的退火双晶(攣晶)在FCC晶格才會生成 所以是鑄錠鍛打后所生. 鑄錠鍛打時加熱溫度很高, 晶粒非常粗大. 又受塑性變形(deformed),高溫+緩冷產生dynamic annealing, 有時會產生出退火双晶( annealing twins), 這些機理, 有一奌深奧.可去翻一下書本.  

SEM 照片中大平坦面为双晶(twin)破裂面. 双晶的两条平行直线 在3D上是两平行薄膜.它们与基体结合力很差(想像水泥被一玻璃隔開), 稍一碰撞就会裂开. 最后一张SEM 照片中, 箭头所指 就是 "双晶面". 此粗大的退火双晶(挛晶)在FCC晶格才会生成, 所以是铸锭锻打后( 仍在 Austenite 區)所生, 也就是说是素材本身具有. 所以说, 材料商應為此破裂負責. 熱處理無过失.

從双晶面裂開的 1984到目前我只看過這一次, 我有很多本大部头的圖譜, 也都沒看到. 很慶幸的把它記錄起來. 有沒有人在他處看过此双晶破裂面的? 如有, 請告知我.

一時看不懂這些照片不要氣餒. 隨著年齡與知識的增長, 以後會懂的. 有些東西, 不是經學院循序漸進訓練出來的, 是沒辦法一看就懂的.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-30 17:01 编辑 ]

leomet

金相欣赏 S45C 淬裂

JIS S45C  0.45%C

[ 本帖最后由 ltw369258 于 2008-3-8 17:27 编辑 ]

leomet

1. 淬火 2.  退火   3. 淬火

Grain boundaries are preferred path for diffusion of solute atoms--either substitutional or interstitial.
That is why grain boundaries get decarbed faster than grains interior.

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-7-16 09:18 编辑 ]

leomet

渗碳淬裂  1985年 旋轉爐

炼条炼片 50X  鍊條鍊片 50X

说明写在相片中,  这东西是整炉报废.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-7 18:47 编辑 ]

leomet

应力腐蚀 stress corrosion of brass.

Please feast your eyes.

leomet

AISI 4340 氢引起的破裂  主角是殘留拉應力. 氫是配角.

酸洗时引入氢    热浸镀锌时破裂  

特徵是: 氫裂纹会向左右大角度分歧 裂紋會有很多條的.  淬裂只向前前进, 通常是單條裂紋.


1983? 84? 不太記得了!

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-10-5 10:13 编辑 ]

leomet

Please keep this in your mind:

轻微脱碳會淬裂(下層M變態膨脹量大於上層).  严重脱碳(變Ferrite)反而不会淬裂 因Ferrite以塑變吸收
M變態的應力.

花园剪 整批报废

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-7-16 09:22 编辑 ]

2015-5-27 補記: 年輕醫師會誤診-----我也年輕過. 請看下文:
致 吳老師
我最近在網路上閒晃
這一個花園剪有沒有可能是研磨龜裂?
因為剪刀的左側 手柄部位,  似乎沒有龜裂的痕跡

我這徒弟, 指出了我33歲時忽略掉的觀察點, 果真是研磨破裂. 30多年前的誤判, 現在更正為研磨龜裂.

半脫碳使表皮緊繃, 也有一點貢獻. 不過 主要還是輪磨破裂.(Grinding Cracks)

leomet

不锈钢模具 材料不良  ---> 碳化物严重偏析


致抛光不良 ----> 橘皮 oringe peel,


1000 X:  因高温回火, 析出晶界碳化物,  模具易粒界腐蚀.  photo : dark field

[ 本帖最后由 leomet 于 2009-7-16 09:23 编辑 ]

leomet

白: 共晶碳化物    基地: 马氏体( 乱针) + 残奥 (乱针下之 底衬)

回火嚴重不足  残奥太多  是破裂主因  

回3 =  回火3次  注意回火析出的碳化物微粒 (超小白点)   photo: 500X

1020 ---> 暗视野 (碳化物微粒 更清晰)

E --> 1000 X  at the size of 10 x 7.5 cm

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-6 22:31 编辑 ]

leomet

JIS SCM 440 有"聪明"钢厂, 将钢条自轧延状态下喷水冷却, 得HRC 25~30, 当调质钢卖 赚取不当利益.性能当然不如真调质钢. 其金相如下:

fengfeng

呵呵
铁素体和珠光体让先生逮了个正着。
一看就不是从马氏体变来的。

leomet

　P/M 高速钢 金相

   P/M = Powder  Metallurgy

　我提供相片.　誰願提供說明　給小朋友聽聽

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-19 19:19 编辑 ]

fengfeng

打字没有1000字，拿不下来，还是转贴一篇吧：
有鉴于国内对粉末高速钢之应用与认知尚未普及，且一般业界对粉末高速钢仅止于「贵」，价格高于传统高速钢3~4倍而怯步，其中贵的内容为何？贵的是否值得？而一加探究，殊不知材料费用仅占整个模具费用之「冰山一角」本文就粉末高速钢及传统高速钢在材料特性、热处理、机械加工、实物应用方面做比较性之叙述与研讨。



壹：粉末高速钢之简介：

合金粉末的制成技术，在冶金技术较先进国家发展研发距今已逾二十年历史，在这其间不断的改良及突破，研发出高质量的粉末合金高速钢(High Speed Steel produced by Power Metallurgy) 简称粉末高速钢 (PM)。



贰：粉末高速钢与传统高速钢制成之不同处

一．传统高速钢的制成，大都使用较大型的电弧熔炼钢材及添加所需或不足的合金原料，经过除气，除渣的过程（俗称二次精炼），倒入坩锅内，再浇铸入钢锭，合金钢锭经过热锻，再制成所需尺寸的钢条。



二．粉末高速钢的制成：通常都使用较小的熔炉，经过精细的二次精炼，熔炼出所需要之成份稳定的钢水，此钢水经由细浇孔流出，用高压气使体使其吹成雾化，瞬间急速形成极微细近似圆形的钢粒粉末，再经过严格的筛选，倒置内钢锭成罐内，抽真空，形成完全气密，再经过HIP (Hot Isostatic Pressing)烧结均压处理，粉末钢锭成型罐内部达到百分之百的结实（没有任何气孔）。完成后，粉末钢锭经过完全退火，再经过热锻制成所尺寸的黑皮钢条，因表层有一层脱碳层，必须完全去除，尤其粉末高速脱碳层较传统钢料为厚，必须完全去除，以下表例为必须去除黑皮脱碳层的最少厚度值，提供参考：

A(m/m)
F(m/m)
A(m/m)
F(m/m)
A(m/m)
F(m/m)
A(m/m)
F(m/m)

10
8
60
55.5
110
103
160
151

20
17.5
70
65
120
113
170
161

30
27
80
75
130
130
180
170

40
36.5
90
84
140
140
190
180

50
46
100
94
150
150
200
189


注：，上表中　A：表示黑皮料的外径或厚度尺寸，单位：m/m.

              B：表示去除黑皮的外径或厚度尺寸，单位m/m.





叄．粉末高速钢较传统高速钢之优点：

一、无方向性。粉末高速钢经由极细的钢粒加压烧结而成，所以各个点的压缩强度、冲击性、抗折力、韧性都相同。没有俗称「直丝」及「横丝」在同一块材料中的差异，以及网状组统和水纹组织的产生，如上图标。



二、结晶颗粒细致均匀：粉末高速钢经由极细的钢粒粉末组成，再经由HIP烧结，内部组织细致均匀。传统高速钢因在制成合金钢锭时碳化物太早析出，造成结晶颗粒组大化，和大小不均匀的现象。

三、热处理能提高硬度：以同系种的高速钢为例：传统高速钢 (JIS SKH-51 : AISI M2)一般热处理后硬度为HRC 62-64，而同为Mo(鈤)系粉末高速钢热处理后硬度为HRC63~66，以25t x 100 x 100为例，热处理时淬火温度（沃斯田铁化温度）粉末高速钢比传统高速钢低30℃~80℃，且淬火容许冷却时间较传统高速钢为长，接近空冷也有优异的高硬度值。

四、热处理变形减少：粉末高速钢由极细小的钢粒粉末结合，热处理后材料尺寸会较原先尺寸为大一点，且会四面八方同时加大，而传统高速钢因有方向性热处理后的尺寸加大不一致，甚至有些地方尺寸会缩小，使原形体变形。

五、没有偏析的现象：传统高速钢因在熔炼过程中各元素的分布情形不是很均匀，所以当热处理时各金属元素与碳结合成碳化物时，分布的位置不平衡而产生偏析现象，在加工或使用上寿命不一，质量及寿命较难掌握。粉末高速钢则没有此种情形。所以粉末高速钢与传统高速钢相同硬度时，粉末高速钢的被加工性较好，且不易变形。

六、没有非金属介在物：因粉末高速钢的每一颗细钢粒（粉末）都经过严格的筛选，内含的杂质及非金属物趋近于零，成型后成份很稳定。尤其现今使用线切割的普遍化，每块材料的非金属介在物，不应存在影响工时及质量。

七、耐磨性：在热处理淬火温度相同时，粉末高速钢的硬度高于传统高速钢，故其耐磨性亦优于传统高速钢，且颗粒细小均匀，没有偏析，耐磨性依使用情形不同可增加50%~200%。

八、韧性：当传统高速钢要达到粉末高速钢相同硬度时，势必提高其淬火温度，致使内部碳化物颗粒结晶成长粗大化，而降低韧性，粉末高速钢结晶颗粒细致均匀，无方向性故韧性较佳。



肆、粉末高速钢之分类：

粉末高速钢制成与传统高速钢不同处在于制造程序上之差异，及加添些不足的金属元素，亦可依需求熔炼制出各种成份元素的钢料。大体上与传统高速钢一样分为Mo(钼)系及W(钨)系两大型系。Mo系的材料韧性较佳，W系的材料耐磨性较好，高温硬度较高，耐冲击较强。



伍、粉末高速钢之热处理：

任何一种钢材的使用好坏，绝大部份取决于热处理的选择及条件。大致上Mo系粉末高速钢淬火温度不可高于1200℃ (各厂家的成份不同而有高低)。W系粉末高速钢淬火温度不可高于1240℃。粉末高速钢热处理成败尤重视回火程序。Mo系粉末高速钢热处理时应防止Mo元素「脱漏」的现象。



陆、粉末高速钢之研磨：

一、研磨砂轮的选择：要选择切削力较好的砂轮，如CBN砂轮。

二、防止研磨过热：要防止研磨时局部温度大于回火温度，最好用湿磨。

三、防止研磨时产生残留应力：每次的力量不可太大，正常进刀量每次不超超过0.03m/m，并保持经常性的研磨轮整修，削锐，及研磨屑清理，是做好研磨的必要课题。



柒、粉末高速钢之线切割：

工件经过线切割会产生「放电白层」应尽量去除，方可提高寿命。

一、线切割加工后应再精修，且精修次数愈多愈好，尤其是提高较厚的材料。

二、线切割时尽量放慢速度，并降低电流。

三、精修后工件必需经过抛光，以彻底消除放电白层。



捌、粉末高速的应用：

粉末高速钢因具有很高的耐磨耗性，良好的韧性很优良的被加工件，及可研磨至很光滑的表面，等等…。

一、取代传统高速钢用于各种成型刀具。

二、广泛的使用于精密连续冲模,深抽模及析弯模。

三、用于需要耐磨的机件(比碳化钨合金易于加工)。

四、用于表面需要如镜面易于脱料及耐较高温的材料。

五、用于尺寸需稳定，长期间使用尺寸不可有变化的半导体模具及二极发光体等。



以上数据由龙钢公司提供搜索编辑，因碍于篇幅无法细述，仅作概略性报导，若有个案要求，诸如热处理资询，机械加工，模具材料选择及应用、欢迎来电研讨洽询。

leomet

就是爱照漂亮的金相给大家看.  HAZ = heat affected zone = 热影响区

PM高速钢钻头钻孔, 断刃, 继而摩擦生热, 引起工件发生相变化. (HAZ)

像艺术作品,   精彩极了 !

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-19 19:11 编辑 ]

leomet

H13 模具補焊 致裂

呆瓜幹的事,  還責怪熱處理不良.   

這個學費 別人繳了,  你就不用再繳了.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-9 12:14 编辑 ]

leomet

没知识＋没常识,　H13热处理後 随随便便就焊接上两个耳.　当然试模就破裂
业主还怀疑热处理不良.    我常被這些人打敗.

骤裂 <--- 辐射纹

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-8 12:41 编辑 ]

leomet

模具破裂, 並非都是熱處理的錯.

H13 (SKD 61) 热锻模破裂  厚度:160 mm  試片:x, y, z 方向.

内A.jpg --> 左内部, 右外皮. 试片浸蚀反应出不同颜色.
内D,内E --> 可看出内部马氏体粗大.

皮A, A1--> 明暗线条相间, 完全等間隔 肉眼可看出是直徑15mm銑刀痕跡

   皮D, E --> 马氏体 与内部马氏体晶粒度明显不同. 残奥特多. 可确定: 表皮与模具内部所经之热履历不同.

[ 本帖最后由 leomet 于 2008-3-13 19:34 编辑 ]