微观特征揭示白点的本质

白点的微观形貌与白点出现的时期及随后有无其他处理密切相关。在白点出现（包括在断裂过程中产生的白点）后，如果材料再没有经过任何处理，则应保持“新断口”的特征，即断口形貌没有发生变化，它与正常的基体断口形貌不同，并有明显界限。一般来说，这种白点应从宏观断口特征来区分。另一种情况，在白点产生后，材料经过热处理或热加工，将使白点失去其刚产生时的形貌特征而发生变化。因此，这种白点的形貌特征就比较复杂。在白点断口上可以观察到浮云状、波纹状、碎块状、解理羽毛、显微疏松、生长台阶、气孔、条状硫化锰夹杂物等形貌特征。观察到的白点微观形貌有下述几种：

1）“浮云状”。这种形态在铸造、锻造或轧材白点中均出现过。低倍观察，有时表现的与准解理断口相似，但在较高倍数下观察，表现出与准解理断口不甚相同的断裂形态，如表面凸凹起伏不平，没有棱角，凸起部分的表面均为曲面。它的原始形貌是准解理断口，还是沿晶断口，无法判断，但可以肯定是在白点产生后，又经过热处理或热加工的结果。白点的自由表面，在高温下，一方面由于表面自由能的作用使表面收缩，另一方面，白点内的氢气也对四壁产生张压力，同时，基体材料又处于高塑性状态，如果为锻件，还会受到外力冲击，因此，白点自由表面要发生形变，从而造成了这种“浮云状”的形貌。

2）针状浮凸、晶界和针眼。晶界和针眼在锻造白点和铸造白点中均出现过，而针状浮凸主要是在铸造白点表面上出现。关于针状浮凸和晶界，可以做如下解释：白点在钢最后调质或淬火前已出现，即产生了自由表面，在调质或淬火加热重新奥氏体化时，新生成的奥氏体晶粒在白点的自由表面上显示出来，这就是我们所看到的晶界。在淬火过程中发生马氏体转变，从而在白点的表面上出现了马氏体针状浮凸。确定其为马氏体针的依据是：针体形状和针与针之间的夹角大多为60°。而白点表面上的针眼，是否是由氢原子首先于此处析出并变成氢分子所造成的痕迹，还无法证明。针状浮凸和晶界应在经调质或淬火的钢的白点表面上出现，如钢不经调质或淬火处理，则不应出现这种形貌。

3）阶梯状的几何花样。这种花样不是经常出现，只在GCr15钢中用扫描电镜看到。对这种几何花样，可以有两种解释：从断口学的角度，一般是认为金属在凝固过程中自由表面长大的特征；从高温金相的角度，则认为是金属的自由表面在高温状态下热蒸发或扩散的结果。对在白点表面上观察到的几何花样，到底属哪种情况，还无法肯定。

4）类似准解理断口花样。这种断口，是介于解理断口和韧性断口之间的一种脆性断裂，从这一角度来说，它与准解理断口有类似的地方。但仔细观察，就可发现，它与典型的准解理断口还是有区别的，如35碳钢中的拉伸白点形貌，既不是解理断口，也不是韧性断口，既看不出准解理小平面，也看不到由小平面内向外扩展的河流花样，只看到时而混乱排列，时而沿一定方向排列的撕裂痕迹。这种断口形貌是否具有代表性还有待进一步观察。

5）根据上述观察，白点与基体交界部位表现出互相穿插渗透的特征，在铸造白点上还有基体互相粘连的部分，这似乎说明结合成分子的氢气在白点的形成和长大过程中也起到了相当的作用，即氢气向基体内不断扩展渗透从而使白点不断长大，所以，白点的形成也应有一个滞后过程。

6）白点经常与孔洞（包括显微缩孔）和夹杂物伴随出现。

总之，白点，包括氢脆，都是由氢为主导因素造成的缺陷，并且，白点的形成是一个复杂的问题，受多种因素影响，要具体情况具体分析。

钢中白点是热轧连铸坯和大型锻件中比较常见的缺陷，在棒材、厚板的拉伸断口上也时有出现，多见于合金结构钢、工具钢、滚珠轴承钢、某些马氏体不锈钢和耐热钢中，但在铸钢或奥氏体钢中没有发现过。

钢中白点是由氢和内应力共同作用的结果。炼钢使用的脱氧剂因长期放置吸收空气中的水分，石灰烧结质量不佳含有结晶水较多，连铸保护渣干燥不良，都会使钢中含有过量的氢。在轧钢冷却过程中，氢在钢中的溶解度降低，过剩的氢一方面在晶粒边界、夹杂物表面及内部显微空隙处富集，形成高压的氢分子，另一方面，氢产生饱和沉淀，钉扎位错并阻碍位错运动，从而降低了铁原子间的结合力，使基体脆化。硫化锰等夹杂物是白点的裂纹源，氢富集处压力与金属在热变形过程中的内应力相互叠加，当内压力超过钢的断裂强度极限时，就会产生沿着晶界走向的微裂纹，聚集的氢的内压力使裂纹扩展，无数个微裂纹相连就出现宏观上的白点脆性断裂。白点的微观特征如图8-17至图8-20所示。(www.xing528.com)

图8-17 9Cr2Mo钢白点断口的微观形态（呈现晶界波纹状特征，SEM，×500）

图8-18 20CrNi4MoV钢调质白点断口的微观形态（呈现晶界浮云状特征，SEM，×500）

图8-19 20CrNi4MoV钢调质白点断口的微观形态（呈现晶界波纹状特征，SEM，×2000）

图8-20 10CrNiMoV钢调质白点断口的微观形态（呈现晶界浮云状特征，SEM，×1000）