一种钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法，属于钢铁材料失效分析技术领域。首先要制备包含裂纹的拉伸试样并进行拉断试验，将两个裂纹面分离，通过断口显微形貌有无韧窝、解理、准解理或沿晶等特征判定裂纹形成时段。优点在于，与现有金相观察法相比，拉伸断口分析法不破坏裂纹及其附近显微组织的形貌，可提高裂纹形成时段的判定准确性，为分析裂纹的形成原因和制定防范措施提供重要依据。
1.一种钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)当发现钢材中存在裂纹时，第一时间进行裂纹的保护处理，防止水、灰尘和油污进入裂纹内部损坏或腐蚀裂纹原貌，将干净的防锈油滴满裂纹以隔绝空气和水，并用胶带缠绕包裹防止防锈油流失，在24小时内完成以下步骤；
2)在样本裂纹处加工出一个包含裂纹的拉伸试样，拉伸试样的尺寸根据裂纹尺寸确定，拉伸试样在微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸，为保证试样沿裂纹处断裂，拉伸试验机横梁位移速度应控制在0.005～0.01mm/min，直至试样沿裂纹断裂，这样就使两个裂纹面得以机械分离而不破坏裂纹面原始形貌；
3)为防止拉断后的断口长时间接触空气、灰尘和水而氧化或腐蚀，首先进行断口的保护处理，将干净的防锈油滴满断口以隔绝水、灰尘和油污，用脱脂棉包裹断口并在外层用透明胶带密封，以防止外力损伤断口和避免线切割时切削液污染、腐蚀断口，利用线切割将带有裂纹面的断口试样切下长度10～20mm的一段，以便清洗和放入扫描电镜中观察；
4)依次去除线切割后断口试样外侧缠绕的透明胶带和包裹的脱脂棉，将试样放入盛有
50～80ml丙酮溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度10～30℃、时间5～10min，如此反复2～3次，直到清洗后的丙酮溶液干净为止；再将试样放入盛有50～80ml酒精溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度10～30℃、时间5～10min，如此反复2～3次；
最后将试样取出，采用电吹风的冷风将试样完全吹干，放入玻璃器皿中送往扫描电镜进行断口观察；
5)在扫描电镜下放大500～1000倍观察断口上与原裂纹面对应区域的微观形貌特征，设为“A区域”；观察结果有以下三种：①如A区域为“韧窝”型断口、解理型断口或准解理型断口中的一种或几种，则判定裂纹形成时段在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变完成后；
②如A区域为沿晶断口，则测量并统计断口上30～50个“晶粒”的平均直径d1，同时测量并统计该材料30～50个铁素体和珠光体晶粒的平均直径d2、d3，如d1＞d2且d1＞d3则说明沿晶断裂时裂纹扩展的路径不是铁素体和珠光体晶界，而是奥氏体晶界，裂纹形成于奥氏体相区；如d2和/或d3与d1接近，则沿晶断裂时裂纹扩展路径是铁素体和珠光体晶界，裂纹形成于“奥氏体→铁素体+珠光体”转变完成后；根据钢铁材料常识，不可能发生d2＞d1或d3＞d1的情况；
③如A区域的微观形貌无上述特征中的任何一种，则判定裂纹形成时段在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变开始前的加热或热加工过程，裂纹经过轧制、锻造热加工后形貌遭到破坏，已不具备上述断口特征。
钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁材料失效分析技术领域，特别涉及一种钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法。尤其涉及一种铁素体珠光体型钢铁材料裂纹形成时段的判定方法。
背景技术
[0002] 铁素体珠光体型钢铁材料一般是指钢的组织在约600℃以下为铁素体+珠光体，在约600～800℃发生“奥氏体→铁素体+珠光体”转变，在约800～1200℃为奥氏体。裂纹是铁素体珠光体型钢铁材料中常见的缺陷，裂纹最可能在两个时段形成：一是在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变开始前的奥氏体中，二是在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变开始后的铁素体和/或珠光体中。研究科学、合理的分析方法用于准确判定裂纹形成时段，这是分析裂纹形成的工艺环节进而采取防范措施的关键，同时也是难点。
[0003] 目前针对钢铁材料裂纹的分析方法主要是采用常规金相观察法，观察裂纹附近组织中有无脱碳和氧化雾点，如有脱碳和/或氧化雾点，则判定裂纹形成于钢铁生产过程中的加热工序或之前的工序，如没有脱碳也没有氧化雾点，则判定裂纹形成于钢铁生产过程中的加热工序以后，但目前尚无很好的方法界定裂纹形成在加热工序之后的组织转变以前还是组织转变以后，从而不能有针对性地在相应工序采取防范措施。
[0004] 而且，传统金相观察法是通过金相制样和显微观察分析裂纹，存在如下不足：一、制样过程砂纸的石英砂颗粒、抛光膏和水会残留在裂纹里面，破坏或腐蚀裂纹原有形貌，一些反应裂纹形成时段的重要显微特征可能被破坏；二、常规金相观察所看到的是裂纹在一个金相磨面上的二维形貌，无法完整反映裂纹的三维特征，所观察的金相磨面恰好切过裂纹源区的可能性很小，分析结果难免“以偏概全”。传统金相观察法的上述不足导致其无法准确断定裂纹形成的具体时段。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法，解决了传统金相观察法无法准确断定裂纹形成的具体时段问题。本文将其称为“拉伸断口分析法”，该方法首先要制备包含裂纹的拉伸试样并进行拉断试验，将两个裂纹面分离，通过断口显微形貌有无韧窝、解理、准解理或沿晶等特征判定裂纹形成时段。
[0006] 一种钢铁材料裂纹形成时段的拉伸断口判定方法，具体步骤及参数如下：
[0007] 1、当发现钢材中存在裂纹时，应第一时间进行裂纹的保护处理，防止水、灰尘和油污进入裂纹内部损坏或腐蚀裂纹原貌，将干净的防锈油滴满裂纹以隔绝空气和水，并用胶带缠绕包裹防止防锈油流失，在24小时内完成以下步骤；
[0008] 2、在样本裂纹处加工出一个包含裂纹的拉伸试样，拉伸试样的尺寸根据裂纹尺寸确定，拉伸试样在微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸，为保证试样沿裂纹处断裂，拉伸速度不能过快，拉伸试验机横梁位移速度应控制在0.005～0.01mm/min，直至试样沿裂纹断裂，这样就使两个裂纹面得以机械分离而不破坏裂纹面原始形貌。
[0009] 3、为防止拉断后的断口长时间接触空气、灰尘和水而氧化或腐蚀，首先进行断口的保护处理，将干净的防锈油滴满断口以隔绝水、灰尘和油污，用脱脂棉包裹断口并在外层用透明胶带密封，以防止外力损伤断口和避免线切割时切削液污染、腐蚀断口，利用线切割将带有裂纹面的断口试样切下长度10～20mm的一段，以便清洗和放入扫描电镜中观察。
[0010] 4、依次去除线切割后断口试样外侧缠绕的透明胶带和包裹的脱脂棉，将试样小心放入盛有50～80ml丙酮溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度10～30℃、时间5～10min，如此反复2～3次，直到清洗后的丙酮溶液干净为止。再将试样放入盛有50～80ml酒精溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度10～30℃、时间5～10min，如此反复2～3次。最后将试样取出，采用电吹风的冷风将试样完全吹干，放入玻璃器皿中送往扫描电镜进行断口观察。
[0011] 5、在扫描电镜下放大500～1000倍观察断口上与原裂纹面对应区域，设为A区的微观形貌特征，根据钢铁材料断口学专业常识，完好钢铁材料在内外应力作用下发生断裂时断口形貌特征主要分为：韧窝型断口、解理型断口、准解理型断口和沿晶断口，这是本方法判定裂纹形成时段的主要依据。观察结果有以下三种：
[0012] 1)如区域“A”为“韧窝”型断口、解理型断口或准解理型断口中的一种或几种，则判定裂纹形成时段在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变完成后。
[0013] 2)如区域“A”为沿晶断口，则测量并统计断口上30～50个“晶粒”的平均直径d1，同时测量并统计该材料30～50个铁素体和珠光体晶粒的平均直径d2、d3，如d1＞d2且d1＞d3则说明沿晶断裂时裂纹扩展的路径不是铁素体和珠光体晶界，而是奥氏体晶界，裂纹形成于奥氏体相区；如d2和/或d3与d1接近，则沿晶断裂时裂纹扩展路径是铁素体和珠光体晶界，裂纹形成于“奥氏体→铁素体+珠光体”转变完成后；根据钢铁材料常识，不可能发生d2＞d1或d3＞d1的情况。
[0014] 3)如区域“A”的微观形貌无上述特征中的任何一种，则判定裂纹形成时段在“奥氏体→铁素体+珠光体”转变开始前的加热或热加工过程，裂纹经过轧制、锻造等热加工后形貌遭到破坏，已不具备上述断口特征。
[0015] 本发明的优点在于，与现有金相观察法相比，拉伸断口分析法不破坏裂纹及其附近显微组织的形貌，可提高裂纹形成时段的判定准确性，为分析裂纹的形成原因和制定防范措施提供重要依据。
附图说明
[0016] 图1为包含裂纹的拉伸试样示意图。
[0017] 图2为断口微观形貌特征，属解理型断口示意图。
具体实施方式
[0018] 实施例1
[0019] 以规格为Φ250mm的Q345D棒材内部的一处裂纹为例，在低倍检验时发现该裂纹，为保护裂纹形貌，将干净的防锈油滴满裂纹以隔绝空气和水，并用胶带缠绕包裹防止防锈油流失。在裂纹处加工出一个包含裂纹的拉伸试样，拉伸试样厚度5mm、长度150mm，在微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸，为保证试样沿裂纹处断裂，拉伸试验机横梁位移速度设置为0.01mm/min，直至试样沿裂纹断裂，两个裂纹面得以机械分离而不破坏裂纹面原始形貌。为防止拉断后的断口长时间接触空气、灰尘和水而氧化或腐蚀，首先进行断口的保护处理，将干净的防锈油滴满断口以隔绝水、灰尘和油污，用脱脂棉包裹断口并在外层用透明胶带密封，以防止外力损伤断口和避免线切割时切削液污染、腐蚀断口，利用线切割将带有裂纹面的断口试样切下长度15mm的一段，以便清洗和放入扫描电镜中观察。
[0020] 依次去除线切割后断口试样外侧缠绕的透明胶带和包裹的脱脂棉，将试样小心放入盛有50ml丙酮溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度25℃、时间5min，如此反复3次，清洗后的丙酮溶液完全干净。再将试样放入盛有50ml酒精溶液的烧杯中，试样断口朝上，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声波振动清洗，清洗温度25℃、时间5min，如此反复3次。最后将试样取出，采用电吹风的冷风将试样完全吹干，放入玻璃器皿中送往扫描电镜进行断口观察。
[0021] 在扫描电镜下放大836倍观察断口上与原裂纹面对应区域的微观形貌特征，发现其主要为呈“河流状”花样的“解理型”断口，因此判定裂纹是在“奥氏体→铁素体+珠光体”组织转变完成后形成的，为防止这种裂纹的产生就要有针对性地在组织转变完成后的冷却过程中采取相应措施。
