重者下沉，从而导致上下成分不均匀的现象。例如Pb—Sb(15%)合金，在结晶过程中，先共晶的Sb相比重较小，而共晶(Pb+Sb)的比重较大，因而Sb晶体上浮，而(Pb+Sb)共晶下沉，结果合金的组织极不均匀，导致零件报废。铸铁中的石墨漂浮也是一种比重偏析。
增大铸件的冷却速度，使组成相来不及上浮下沉；加入第三种合金元素，使其形成高熔点的比重不同的固溶体或化合物，在结晶初期形成树枝状骨架晶体，阻止相的沉浮，均能有效地防止比重偏析。
(5)魏氏组织 是铸钢中常见的一种缺陷组织，如3所示。亚共析钢铸造后，在高温下形成的奥氏体晶粒往往比较粗大，并以一定速度冷却时，铁素体与奥氏体以一定的共格关系析出，铁素体由晶界向晶内呈针大，使材料冲击韧性下降，进行退火或正火可消除。
图3 魏氏组织
2．锻造缺陷
(１)带状组织 如图4所示。亚共析钢终锻温度过低，低于A3至A1之
间
14
图4 带状组织
时，正处在奥氏体分解的情况下，使奥氏体按金属加工流动方向析出铁素体，而尚未分解的奥氏体也被带状分布的铁素体分割呈带状，当继续冷到A1以下时，则奥氏体分解的珠光体必然保持原奥氏体带状。此外，钢中非金属夹杂物的存在可促使带状组织的形成。因夹杂物被加工时按金属变形流动方向延伸排列，当温度降至A3以下时，它们可成为铁素体的结晶核心，所以铁素体围绕夹杂物呈带状分布，然后奥氏体分解的珠光体也必然存在于带状铁素体之间。
具有带状组织缺陷的钢材，其性能有显著的方向性。热加工引起的带状组织，可通过完全退火消除。
(２)过热 因加热温度超过正常锻造温度。一般显微组织表现为：晶粒粗大、铁素体沿晶界析出较粗和出现魏氏组织。使钢的冲击韧性和塑性显著下降。例如45钢锻制的曲轴，在锻造后机加工时断裂，其断口为萘状。显微组织为珠光体+铁素体沿粗大晶界分布，并出现魏氏组织和在铁素体晶界上有少量硫化物夹杂。
过热的本质：钢在高温加热过程中，硫化物等夹杂物逐渐向奥氏体中溶解，而在随后的冷却过程中，钢中的硫化物夹杂以细小的球状粒子重新在原奥氏体晶界上析出，奥氏体化的温度越高，时间越长，奥氏体晶粒长大的趋势越大，MnS粒子越多。晶界的结合力将大为减弱，易导致脆断。
(３)过烧 过烧是在过热基础上进一步恶化的结果，它和过热的区别在于过烧钢的粗大晶界已被脆性的硫化物等夹杂的质点和金属熔化的空洞所分隔开，即奥氏体晶界开始熔化。所以，锻件过烧会使金属内部和表面造成裂纹或龟裂。过烧严重的锻件、进行敲击时无金属响声。在进行锻打时，会使金属碎裂成豆渣状，锻件表面可看到极为严重的氧化皮。 过热可通过重结晶正火或退火消除，而过烧一般无法挽救。
(４)停锻温度过低 高合金钢在900℃以下还继续锻打，钢内发生相变，使钢的热塑性显著下降，而金属内部的相变应力不断增加，此时锻打变形时产生的应力超过材料强度，即发生开裂。高合金钢锻坯因停锻温度过低，冷却速度太快，使锻件沿切应力最大的对角线处开裂。
15
3．热处理缺陷
热处理缺陷以淬火后的缺陷最重要，主要包括淬火裂纹、过热、过烧、淬火软点、硬度不足等。重要零件热处理淬火时，往往因淬火开裂而报废，全功尽弃，为此，这里着重介绍淬火裂纹的特征和形成。
(1)淬火裂纹 淬火裂纹是淬火冷却时形成的拉应力超过材料微裂纹扩展所需的临界应力时形成的宏观裂纹。 淬火裂纹的特征：
①多数情况裂纹由表面向心部扩展，宏观形态较平直。
②从宏观和微观看，裂纹两侧均无氧化、脱碳现象(淬火后在氧化气氛中进行过高温回火除外)，由于淬火裂纹是产生在马氏体转变之后，所以裂纹两侧无氧化脱碳现象。显微组织与其他部位毫无区别。
③在显微镜下看，淬火产生的裂纹，大多沿原奥氏体晶界和马氏体晶体所产生，裂纹由粗变细，尾部细尖。
特征②是区别淬火裂纹与非淬火裂纹的重要依据。
淬火裂纹产生的原因可从两方面来考虑，一是造成较大拉应力因素：二是材质有何缺陷，以致强度和韧性降低。 增大淬火内应力因素：
①零件设计不合理，如有尖角、截面突变，或销孔、键槽等均易引起应力集中。工件厚薄悬殊，有尖角，裂纹开始於尖角处，由于应力集中引起淬火裂纹。
②冷却太强烈，如淬油的淬了水；不该冷透的冷透了等等。 ③淬火时入水方式不当，以至冷却不均应力不均。 ④淬火后未能及时回火等等。
以上原因引起的淬火裂纹，显微组织无异常变化。 材料缺陷引起淬裂的原因：
①淬火温度偏高，产生过热，奥氏体晶粒粗大，淬火后形成粗大的马氏体，容易开裂，特别是高碳马氏体，常伴有微裂纹，危险更大。这种裂纹的特征是沿原奥氏体晶界扩展。
②钢材中存在着网状碳化物等脆性相，在淬火时易沿脆性碳化物网络开
16
裂。
③钢材存在严重偏析，淬火后组织不均匀，且内应力较大，不均匀，容易开裂。
④零件表面脱碳，淬火时表层体积膨胀小，受到两向拉应力，容易形成龟裂。
(2)脱碳 钢件在氧化介质(如O2、CO2、H20等)中进行长时间加热保温，使其表面层中碳含量全部或部分损失的现象叫脱碳。脱碳是工具、弹簧、轴承等重要钢件的主要缺陷之一，它使其表面硬度、耐磨性、强度、疲劳强度都显著降低。一般脱碳层在技术条件许可的情况下可从工件上去掉，如果不能，只有报废。
4、焊接过程形成的缺陷
焊接与其他热加工工艺相比，是最容易出现缺陷的一种工艺。在焊接过程中，由于材质和焊接工艺不当等因素，焊接接头会产生各种缺陷，主要有：裂缝、气孔、夹渣、未焊透等。 四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，本实验采用集中授课形式。 五、实验条件
实验所需设备及材料
金相显微镜；放大镜、彩电、摄像机； 宏观缺陷样品一套； 显微缺陷样品一套； 缺陷金相图谱一套。 六、实验步骤
1、观察所列宏观缺陷的特征、分析其形成原因。
2、观察下列热加工显微缺陷、分析其特征、画出组织示意图。 七、思考题
1、如何识别锻裂、淬火裂纹、磨削裂纹。 八、实验报告要求
1、简述实验目的、实验内容。
17
2、选画几种显微缺陷组织示意图，指出主要特征、形成原因，防止办法。 3、观察宏观缺陷试样并完成表１中的内容。
18