失效分析教案.docx

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失效分析教案

1概述4

1.1金属构件的失效及失效分析4

1.2失效分析的意义5

1.2.1促进科学技术的发展5

1.2.2提高装备及构件的质量6

1.2.3具有高经济效益和社会效益6

1.3金属构件的失效形式及失效分析6

1.3.1金属构件的失效形式6

1.3.2引起失效的原因7

1.4失效分析与其他学科的关系8

1.5失效分析主要任务和应具备的基本素质8

2失效分析基础知识9

2.1金属构件中可能引起失效的常见缺陷9

2.1.1铸态金属组织缺陷9

2.1.2金属锻造及轧制件缺陷12

2.1.3夹杂物及其对钢材性能的影响14

2.1.4金属焊接组织缺陷15

2.1.5钢铁热处理产生的组织缺陷18

2.2力学计算基本概念19

2.2.1传统强度理论及其适用范围20

2.2.2断裂力学基本概念21

2.3环境作用机理22

2.3.1化学反应22

2.3.2电化学反应24

3金属构件常见的失效形式及其判据25

3.1变形失效25

3.1.1金属构件的弹性变形失效26

3.1.2金属构件的塑性变形失效27

3.1.3高温作用下金属构件的变形失效28

3.2断裂失效29

3.2.1断裂失效的分类30

3.2.2韧性断裂31

3.2.3脆性断裂34

3.2.3疲劳断裂37

3.3腐蚀失效43

3.3.1腐蚀的类型43

3.2.2均匀腐蚀45

3.3.3点腐蚀及缝隙腐蚀45

3.3.4晶间腐蚀48

3.3.5电偶腐蚀50

3.3.6氢腐蚀52

3.3.7应力腐蚀开裂53

3.3.8腐蚀疲劳56

3.4磨损失效57

3.4.1磨损的类型57

3.4.2磨料磨损57

3.4.3粘着磨损58

3.4.4冲蚀磨损59

3.4.5微动磨损59

3.4.6腐蚀磨损59

3.4.7疲劳磨损59

3.4.8提高耐磨性的途径60

4.失效分析的思路、程序和基本技能60

4.1失效分析的思路和逻辑方法60

4.1.1失效分析思路的重要性60

4.1.2构件失效过程及其原因和特点60

4.2失效分析的程序61

4.2.1接受任务明确目的要求61

4.2.2调查现场及收集背景资料61

4.2.3失效件的观察、检测和试验61

4.2.4确定失效原因并提出改进措施62

4.3失效件的保护、取样及试样清洗、保存62

4.3.1失效件的保护62

4.3.2失效件的取样62

4.3.3试样的清洗63

4.3.4试样的保存63

4.4常规测试技术63

4.4.1测试技术选用原则63

4.4.2化学成分分析63

4.4.3力学性能测试64

4.4.4金相检验64

4.4.5无损检验64

1概述

1.1金属构件的失效及失效分析

由金属零部件构成各种各样的金属装备，这些金属零部件称为金属构件。

任何金属装备及其构件都是为了完成某种规定功能而设计制造。

金属装备及构件在使用的过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等原因的作用，失去其功能的现象时有发生。

这种丧失其规定功能的现象称为失效。

金属装备及其构件除了早期适应性运行及晚期耗损达到设计寿命有预料的正常失效外，在运行期间，金属装备及其构件在何时、以何种方式发生失效是随机事件，还暂时无法完全预料。

金属装备及其构件失效存在着各种不同的情况。

装备整体失效的情况较少，往往是某个构件失效而导致装备整体失效。

例如：

压力容器在运行中突然产生壳体开裂引起介质外泄或爆破，涡轮机在运行中突然发生叶片断裂而停止运转或使整机遭到破坏，这种完全失去原有功能的现象毫无疑问是失效；但有些金属装备性能恶化，不能完成指定任务，如换热器流道变形、污垢堵塞使传热系数下降，压缩机气缸内壁腐蚀使排除气体压力下降，这时虽然换热器和压缩机尚未完全不能使用，也可以认为已经失效；有些装备整体功能并无任何变化，但其中某个构件部分或全部失去功能，此时虽然在一般情况下装备还能正常工作，但在某些特出情况下就可能导致重大事故，这种失去安全工作能力的情况也属于失效，如锅炉和压力容器的安全阀失灵、火车或汽车的刹车失灵。

金属装备及其构件的失效是经常发生的，某些突如其来的断裂失效还往往带来灾难性的破坏，给生命财产造成巨大的损失，这在国内外工业发展史上是屡见不鲜的。

例如：

据美国1982年统计，因机械零件断裂、腐蚀和磨损失效，每年造成的经济损失达3400亿美元，其中断裂失效造成的损失约为1190亿美元。

1980年3月27日，北海的石油钻探船，由于连接五条立柱的水平横梁发生腐蚀疲劳断裂而完全倾覆，损失达几百万美元。

1944年10月20日，美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气贮藏基地，一台直径21.3m，高12.8m的圆筒形储罐由于在三分之一的高度处壳体破裂喷出气体和液体，随后爆炸起火，20min后，一台内径为17.4m的球罐因受热倒塌而爆炸，由此造成128人死亡，经济损失达680万美元。

1979年9月7日，中国某电化厂氯气车间的液氯钢瓶爆炸，使10t液氯外溢扩散，波及范围7.25平方公里，致使59人死亡，779人中毒，当时统计的直接经济损失达63万元。

1972年10月，一辆由齐齐哈尔开往富拉尔基的公共客车，行至嫩江大桥因小坑受到震动，前轴突然折断，致使客车坠入江中，造成28人死亡。

以上事例可以看到，金属装备及其构件失效带来的人员伤亡和直接巨大的经济损失。

同时失效也会造成惊人的间接经济损失。

对装备及其构件在使用过程中发生各种各样失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。

一旦失效发生后，能否在短时期内找出失效的原因，做出正确的判读，从而找到解决问题的途径，这表明一个国家或科技人员的科学技术水平与管理水平。

金属装备失效给社会和带来的损失和威胁，迫使人们与失效进行长期的斗争。

失效总是从装备或构件的最薄弱的部位开始的，而且在失效的部位必然会留存着失效过程的信息，通过对失效件的分析，明确失效类型、找出失效原因，采取改进和预防措施，防止类似的失效在设计寿命范围内在发生，对装备及构件在以后的设计、选材、加工及使用都有指导意义。

这就是失效分析的目的。

失效分析的目的不在于造出具有无限使用寿命的装备，而是确保装备在给定的寿命期限内不发生早期失效，或只需要更换易损构件，或把装备的失效限制在规定的范围之内，希望对失效的过程进行监测、预警，以便采取紧急措施，避免机毁人亡的灾难。

1.2失效分析的意义

1.2.1促进科学技术的发展

失效分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多学科交叉分析，找到失效的原因，不仅可以防止同样的失效在发生，而且能更进一步完善装备构件的功能，并促进与之相关的各项工作的改进。

例如，19世纪中期，铁路运输的出现给工作和生活带来了方便，但不久后频繁出现车轴的断裂，当时都无法解释。

通过对大量断轴失效分析和试验研究工作，找到了原因:

金属构件在交变应力的作用下，即使该应力远远低于金属材料的拉伸强度，经过一定的循环积累，也会发生断裂，这就是“疲劳”。

此后经物理学家、冶金学家、机械工程师反复、深入、系统的研究，使疲劳断裂成为金属材料强度学中的一个重要领域。

用疲劳的机理可以解释很多失效现象，研制出抗疲劳的性能良好的金属材料、结构和成形工艺。

第二次世界大战期间，美国2500艘全焊接结构自由轮发生了一千多次破坏事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。

据统计，有24艘船甲板完全断裂。

事故大多发生在美国-冰岛-英国这条北大西洋航线上，这里气温多在零度以下。

原因是碳钢和低合金钢有一个韧脆转变温度，尽管这些钢材在常温下有良好的韧性，但在低于室温的某一温度就会变脆。

使钢材变脆的温度称为韧脆转变温度。

某些钢材的低温韧性转变特征可以很好的解释美国的自由轮、钢制桥梁、压力容器、管道等在低温下工作的脆性失效，促使研制出在低温下有良好性能的材料。

现在已研制出在接近绝对零度的超低温下工作的装备和构件。

对金属材料构件各种失效机理的认识都是通过对装备构件发生各种失效进行分析，提高了对客观规律的认识。

失效、失效分析、提高、在失效、在分析、在提高，由此促进了科学技术的发展。

1.2.2提高装备及构件的质量

装备及构件的质量是非常重要的，以质量求信誉，以质量求效益，通过对装备构件的失效分析，是提高质量的有力措施。

装备构件的质量往往是通过各种试验检测进行考核。

实验室内再好的模拟实验也不可能做到与装备构件服役条件完全相同。

任何一次失效都可视为在实际使用条件下对装备构件质量所做的科学试验，失效越是意想不到，越能给人们意想不到的启示，找出被忽略的质量问题。

由此从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提高装备构件的质量。

1.2.3具有高经济效益和社会效益

装备及构件失效带来直接及间接的经济损失，进行失效分析找出失效原因及防止措施，使同样的失效不再发生，这无疑就减少了损失，带来了经济效益；提高装备构件质量，使用寿命增加，维修费用降低及高的产品质量等都带来经济效益。

1.3金属构件的失效形式及失效分析

金属构件的失效形式及失效原因是密切相关的。

失效形式是构件失效过程的表观特征，是可以观察的。

而失效原因是导致构件失效的物理化学机制，是通过失效过程调查研究及对失效件的宏观、微观分析去诊断、发现和论证的。

失效形式和失效原因是本课程学习的核心内容。

1.3.1金属构件的失效形式

金属构件的失效可以由一种或多种过程引起的，其失效形式可以是单一过程现象，也可以是组合的过程现象。

如腐蚀一般被认为是一种单一的过程，过程的表征是构件表面受到腐蚀损伤；疲劳一般被认为是单一过程，由周期变动载荷引起的构件机械损伤，过程表征是构件中疲劳裂纹的萌生、扩展以致断裂。

腐蚀或疲劳各是一种独立的失效形式，而腐蚀疲劳则可认为是组合的过程现象，由于其出现的普遍性、后果的严重性，并且腐蚀与疲劳互相增强，往往不作为是两个单一失效形式的同时出现，而是两者组合有协同效应引起的一种失效形式。

弹性变形失效：

当应力或温度引起构件可恢复的弹性变形大到足以妨碍装备正常发挥预订功能时，就出现了弹性变形失效。

塑性变形失效：

当受载荷的构件产生不可恢复的塑性变形大到足以妨碍装备正常发挥预订功：

能时，就出现了塑性变形失效。

韧性断裂失效：

构件在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂失效。

脆性断裂失效：

构件在断裂之前没有或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。

疲劳断裂失效：

构件在交变载荷的作用下，经过一定的周期后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。

腐蚀失效：

腐蚀是材料表面与服役环境发生物理或化学的反应，使材料发生损坏或变质的现象，构件发生的腐蚀使其不能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。

腐蚀的形式有多种，点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。

磨损失效：

当材料的表面相互接触或材料表面与流体接触并做相对运动时，由于物理和化学的作用，材料表面的形状、尺寸或质量发生变化的过程，称为磨损。

由磨损而导致构件功能丧失，称为磨损失效。

磨损有多种形式，常见的粘着磨损、磨料磨损、冲击磨损、微动磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。

1.3.2引起失效的原因

金属装备及其构件在设计寿命内发生失效，失效的原因是多方面的，大体上认为是由设计不合理、选材不当及材料缺陷、制造工艺不合理、使用操作和维修不当等四方面引起的，可以是单方面的原因，也可能是交错影响，需要具体分析。

1设计不合理

由于设计上考虑不周密或认识水平的限制，构件或装备在使用过程中失效时有发生，其中结构或形状不合理，构件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过度区等高应力区，未能恰当设计引起的失效比较常见。

2选材不当及材料缺陷

金属装备及构件的材料选择要遵循使用性的原则、加工工艺性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首选要考虑的。

使用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要选择足够的抵抗失效的能力。

选材不当引起的构件及金属装备的失效已引起很大的重视，但仍有发生。

如构件高温蠕变失效屡见不鲜，某厂原使用引进的管壳式热交换器一台，壳体及管子均为18-8铬镍奥氏体不锈钢，基于生产需要按原图纸在加工一台，把壳体改为低碳钢与18-8铬镍复合钢板，管子仍为18-8铬镍钢，投入使用即发生壳体横向开裂，分析原因表明，管壳因材料热膨胀系数差异引起大的轴向温差应力，是热交换器壳体材料选用复合钢板后又未对换热器结构改进而造成的。

金属直板及构件所使用原材料一般经冶炼、轧制、锻造或铸造，在这些原材料制造过程中所造成的缺陷往往也会导致早期失效，冶炼工艺较差会使金属材料中有较多的氧、氢、氮，并有较多的杂质和夹杂物，这不仅使钢的性能变脆，甚至还会成为疲劳源，导致早期失效。

轧制共控制不好，会使钢材表明粗糙、凹凸不平、产生划痕等。

铸件容易产生疏松、偏析、内裂纹、夹杂沿晶间析出引起脆断。

锻造过程中也会产生各种缺陷，如过热、裂纹等，使构件在使用过程中导致失效。

3制造工艺不合理

金属构件及其装备往往要经过机加工、热加工、焊接、装配等制造工艺过程。

如果工艺规范不合理，则在加工过程中会留下各种各样的缺陷。

4使用操作不当和维修不当

违章操作、超载、超温、超速；缺乏经验、判断错误、无知或训练不够；主观臆断、责任心不强等。

装备要定期维修和保养。

1.4失效分析与其他学科的关系

失效分析是一门综合性的学科。

要进行失效分析，需要深厚的力学、材料学、化学、数学、断口学、裂纹学及机械装备设计、制造、使用、检测、管理等方面的知识，许多学科可为失效分析服务。

1.5失效分析主要任务和应具备的基本素质

1主要任务

1）深入准备失效现场、广泛收集、调查失效信息，寻找失效构件及相关实物证据。

2）对失效构件进行全面深入的宏观分析，通过种类认定推理，初步确定失效件的失效类型。

3）对失效件进行必要的微观分析、理化检验，进一步查找失效的原因。

4）综合分析。

5）在可能的情况下，对重大的失效事故进行模拟试验，验证因果分析的正确。

2应具备的基本素质

1）求实的精神和严谨的工作态度，实事求是，认真负责，勇于坚持真理，修正错误。

2）敏锐的观察力和熟练的分析技术，善于利用一切手段取得实效的信息和证据。

3）正确的失效分析思路和对失效分析形式、失效原因有良好的判断能力。

4）善于学习。

5）要有扎实的专业基础知识和较广的知识面，工作能力要强，办事效率要高。

2失效分析基础知识

作为一个合格的失效分析工作者，必须具备扎实的失效分析专业基础知识。

其中包括构件材料的金属学知识，构件由于受力、变形和输送能量而产生的应力、应变和能量传送从而引起的失效力学知识，还有构件在不同工况条件下与介质作用的化学知识。

2.1金属构件中可能引起失效的常见缺陷

金属构件在制作过程或在服役期间的失效，其原因与来自原材料的缺陷、锻造缺陷、热处理缺陷及机械加工形成的缺陷密切相关，但并非有缺陷的构件一定发生失效。

2.1.1铸态金属组织缺陷

铸态金属常见的组织缺陷有缩孔、疏松、偏析、内裂纹、气泡和白点等。

（1）缩孔与疏松

金属在冷凝过程中由于体积的收缩而在铸锭或铸件心部形成管状或分散的孔洞，称为缩孔，图2-1。

缩孔的相对体积，与液态金属的温度、冷却条件以及铸锭的大小等有关。

液态金属的温度越高，则液态与固态的体积差越大，而缩孔的体积也越大。

向薄壁铸型中浇注金属时，型壁越薄，则受热越快，液态金属越不宜冷却，在刚浇完铸型时，液态金属的体积就越大，金属冷凝后的缩孔也就越大。

如在急剧冷却条件下浇注金属，可以避免在铸锭上部形成集中缩孔。

但在此情况下，液态金属与固态金属的体积差保持一定的数值，表面上消除了大的缩孔，可是有许多细小的缩孔即疏松，分布在整个体积中。

在有色金属铸件中，有时会发生沿晶界分布着疏松，称为晶间疏松。

在黑色金属中虽然也可以发现这种疏松，但为数较少。

在铸件及铸锭中，有时还会发现在树枝晶的晶轴间存在着疏松，这种疏松称为枝晶疏松。

晶间疏松与枝晶疏松实际上都是一种显微缩孔。

因为金属在冷暖时均以树枝晶的形式结晶，在树枝晶的晶轴凝固后金属的体积发生收缩，以致晶轴间的金属溶液不足而又得不到补从，形成了晶轴间的显微缩孔，即枝晶疏松。

在各处晶粒基本凝固后，由于晶粒间的金属溶液不足而又得不到补从时，形成晶粒间的显微缩孔，即晶间疏松。

钢材在锻造和轧制过程中，疏松情况可以得到很大的改善，但如果原钢锭的疏松较为严重、压缩比不足等原因，则在热加工后较严重的疏松依然存在。

如果原钢锭中存在较多的气泡，而在热轧过程中焊合不良，或沸腾钢中的气泡分布不良，以致影响焊合，可能形成疏松，图2-2。

疏松的存在具有较大的危害性，主要有以下几种：

1）疏松的存在降低力学性能，可能在使用过程中成为疲劳源发生断裂。

2）钢材中存在疏松，也会降低力学性能，但热加工后一般能减少或消除疏松，所以钢材的影响比铸件小。

3）金属中存在较严重的疏松，对机械加工后的表面粗糙度有一定的影响。

（2）偏析

金属在冷凝过程中，由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀的现象称为偏析。

金属中产生的偏析有以下几种。

1）晶内偏析与晶间偏析

固溶体金属在冷凝过程中，由于固相与液相成分不断的改变，在同一个晶体内后凝固的部分与先凝固的部分成分将会不同，即越近中心越富含高熔点的组元，而越近边缘则越富含低熔点的组元。

这种成分的差异可依靠组元的扩散而趋于均匀化，从而使金属成分达到平衡状态。

但晶体中的扩散是一个缓慢的过程，而且随着温度的降低，扩散速度急剧减小。

因此在实际生产中的一般冷却条件下，扩散过程落后于凝固过程和冷却过程，由于扩散不足，在凝固后的金属中，便存在晶体范围内的成分不均匀现象，称为晶内偏析。

这种偏析往往导致金属中树枝状的组织形成，称为枝晶偏析。

在固溶体金属中，后凝固的晶体与先凝固的晶体成分不同。

在一种金属中，各个树枝状晶体之间最后凝固的部分，通常属于低熔点组成物和不可避免的杂质，它们与晶体本身的成分不同，这两种情况都属于晶体间的成分不均匀现象，即晶间偏析。

碳化物偏析是一种枝晶偏析，常常出现于铸造状态的合金工具钢和高速钢中。

当锻造或热轧时，这种粗大的碳化物被击碎，并在循环加工方向变形而成为不连续的带状碳化物分布于钢的基体中，致使钢的纵横向力学性能发生差异，特别是横向的塑性强烈的下降。

在钢的加工和使用过程中，由于这种偏析的存在，可能导致其他缺陷的形成。

因此在合金工具钢和高速钢中，应力求避免或减弱这种偏析。

2）区域偏析

在浇注铸锭时，由于通过铸型壁强烈的定向散热，在进行凝固的合金内便形成一个较大的温差。

凝固不是在铸锭的整个截面上同时进行的，而是在同铸型壁接触的外层先开始。

于是富集高熔点组元的初生晶体便紧靠铸型壁析出，而同晶体接触区域中的溶液则富集低熔点组元。

在有利的条件下，在心部凝固之前，边缘区域与心部溶液的成分也会调整到一致。

结果必然导致外层区域富集高熔点组元，而心部富集低熔点组元，同时也富集着凝固时析出的非金属杂质和气体等。

这种偏析成为区域偏析。

钢锭中存在区域偏析，特别是硫偏析和磷偏析，强烈的降低钢的质量，并为以后的加工造成种种困难，甚至导致材料的严重损坏和所制的机件在使用过程中的破坏。

如硫偏析能破坏金属的连续性，在钢锻造时引起热脆，在轧制钢板时产生夹层，严重的影响钢板的冷弯性能。

承受交变载荷的零件，在使用中硫偏析往往引起疲劳断裂的主要原因之一，图2-3。

磷偏析则使钢具有冷脆性，并促进钢的回火脆性。

3）比重偏析

在金属冷凝过程中，如果析出的晶体与余下的溶液两者密度不同时，这些晶体便上浮或下沉，由此所形成的化学成分不均匀的现象，称为比重偏析。

晶体与余下的溶液之间的密度差越大，比重偏析越大。

这种密度差取决于金属组元的密度差，以及晶体与溶液之间的成分差。

如果冷却越缓慢，随着温度的降低出生晶体的数量增加越缓慢，则晶体在溶液中能自由浮沉的温度范围越大，因而比重偏析也越强烈。

由于各种组织组成物的空间上的分离，不可能通过热处理来消除或减弱比重偏析，比重偏析只能采取特殊的熔化或浇注等措施予以防止。

（3）气泡与白点

金属在熔融状态时能溶解大量的气体，在冷凝过程中由于溶解度随温度的降低而急剧减少，致使气体从液态金属中释放出来。

若此时金属已完全凝固，则剩下的气体不能逸出，有一部分就包容在处于塑性状态的金属中，于是形成了气孔，这种气孔称为气泡，图2-4。

气泡的危害：

1.气泡减少金属铸件的有效截面积，由于缺口效应，大大降低了材料的强度。

2.当铸锭表面存在气泡时，在热锻加热时它们可能被氧化，以致在随后的锻压过程中不能焊合而形成细纹或裂纹。

3.在沸腾钢及某些合金中，由于气泡的存在还可能产生偏析，导致裂纹。

氢是以原子状态溶解在钢中的，它在钢中的溶解度随温度的降低而显著减少，如果钢中的含氢量较高，在冷却时氢以原子状态析出，聚集在钢中空隙处，结合成分子状态的氢。

因氢分子很难在钢中进行扩散，在空隙处变形成巨大的压力，远远超过钢的强度，因而产生裂缝。

当出现这种缺陷以后，在经侵蚀后的横截面上，呈现较多短小的不连续的发丝状的裂纹，而在纵向断口上会发现表面光滑的、银白色的圆形或椭圆形的斑点，这种缺陷称为白点，图2-5。

白点最容易产生在以镍、铬、锰作为合金元素的合金结构钢及低合金工具钢中。

奥氏体及莱氏体钢中，从未发现过白点；铸钢中也可能发现白点，但极为罕见；焊接工件的熔焊金属中偶尔也会产生白点。

此外，白点的产生与钢材的尺寸有一定的关系，横截面的直径或厚度小于30mm的钢材不容易产生白点。

通常，具有白点的钢材纵向抗张强度与弹性极限降低的并不多，但伸长率显著降低，尤其是断面收缩率与冲击韧性降低的更多，有时可能接近零。

且这种钢材的横向力学性能又比纵向的降低的更多。

因此，具有白点的钢材是不能使用的。

2.1.2金属锻造及轧制件缺陷

通过锻造和轧制工序，可以改善或消除金属铸态的某些缺陷组织，但如果工艺不当，便会产生缺陷组织。

这些缺陷可分为内部组织缺陷和表面缺陷。

（1）内部组织缺陷

a粗大的魏氏组织

在热轧或停锻温度较高时，由于奥氏体晶粒粗大，在随后的冷却过程中先析出物沿晶界析出，并以一定的方向向晶粒内部生长，这种形貌称为魏氏组织，图2-6。

魏氏组织因其组织粗大而使材料的脆性增加，强度下降。

比较重要的工件不允许出现魏氏组织。

b网络状碳化物及带状组织

对于工具钢、锻造和轧制的目的不但是毛胚成形，更重要的是使其内部的碳化物破碎和分布均匀。

如果不是多方向锻造，和小的锻造比，锻件就存在网络状或带状分布的碳化物。

由于网状（图2-7）和带状（图2-8）组织破坏了材料性能的均匀性和连贯性，常成为工具、模具过早失效的内在因素。

c钢材表层脱碳

钢加热时，金属表层的碳原子烧损，使金属表层碳成分低于内层，这种现象称为脱碳。

凡降低了碳量的表层叫做脱碳层。

一般的锻造和轧制是在大气中进行的，加热及锻、轧过程中钢件表层会强烈烧损而出现脱碳层，图2-9。

脱碳层的硬度、强度较低，受力时易开裂而成为裂纹源。

大多数的零件，特别是要求强度高、受弯曲力的作用的零件，要避免脱碳层。

因此，锻轧的钢件随后应安排去除脱碳层的切削加工。

（2）钢材的表面缺陷

用肉眼能直接观察、鉴别的钢材表面缺陷，称为外观缺陷。

影响钢材表面完整性和表面粗糙度的表面质量缺陷，统称为表面质量缺陷，简称表面缺陷。

常见的表面缺陷有折叠、划痕、结疤、分层、表面裂纹等。

a折叠该缺陷往往出现于金属锻轧件的表面上。

见图2-10。

折叠通常是由于材料表面在前一道锻轧中产生的尖角或耳子，在随后的锻轧时压入金属本身而形成的。

锻轧时产生的突出的耳子或尖角一般比较细薄，冷却时其冷速较金属主体的大，同时突出的表面由于氧化的作