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属夹杂物作一些介绍。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类
1.1 内生夹杂物
它是金属在熔炼过程中,各种物理化学反应形成的夹杂物。内生夹杂物一般来说分布比较均匀,颗粒也比较小。
1.2 外来夹杂物
它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用,形成熔渣而滞留在金属中,其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则,尺寸比较大。
2 钢中非金属夹杂物按化学成分分类
2.1 氧化物系夹杂
简单氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO、Cu2O等。在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,SiO2和Al2O3夹杂比较党见。Al2O3在钢中常常以球形聚集呈葡萄状。在铝、镁合金中,夹杂主要是Al2O3和MgO。复杂氧化物,包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等,钙的铝酸盐如图1所示。硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂。这类夹杂物[2]有2FeO·SiO2(铁硅酸盐)、2MnO·SiO2(锰硅酸盐)、 CaO·SiO2(钙硅酸盐)等。这类夹杂物在钢的凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态的硅酸盐来不及结晶,其全部或部分以玻璃态的形式保存于钢中, 如图2所示。
2.2 硫化物系夹杂
主要是在钢及铁中产生的FeS、MnS、CaS等。由于低熔点的FeS易形成“热脆”,所以一般均要求钢中要含有一定量的Mn,使S与Mn形成熔点较高的MnS而消除FeS的危害。因此钢中硫化物夹杂主要是MnS。
铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为三类:
第一类 形态为球形,这种夹杂物通常出现在用硅铁脱氧或脱氧不完全的钢中。
第二类 在金相下表现为排成链状的极细的针状夹杂,如图3所示。
第三类 呈块状,外形不规则,呈任意状分布,在过量Al脱氧时出现。
2.3 氮化物夹杂
当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成AIN、TiN、ZrN、VN等氮化物。在出钢,浇铸过程中钢流与空气接触,空气中的氮在钢中溶解使氮化物的数量显著增加。如图4所示。
图1 钙的铝酸盐夹杂 图2 硅酸盐夹杂
图3 硫化物夹杂 图4 氮化物夹杂
3 非金属夹杂物对钢质量的影响
非金属夹杂物存在于钢中的数量虽然不多,但对钢及其产品的质量则起着极大的作用。硫化物夹杂造成钢的热脆性。在钢的冷态下,这些夹杂物影响其强度和延展性。某些硬的角状夹杂物明显降低钢材的断面收缩率。
非金属夹杂物对钢的抗拉强度影响更大,优良的钢材破断时属塑性断裂,当钢中存在夹杂物偏析或夹杂物沿晶界分布时,其断裂往往起始于这些地方,从而使强度急剧降低。
对于外来粗大夹杂物,其影响也很大,在冷弯或抗拉试验时,试样通常出现折叠、翻皮、断口中出现大量球状颗粒白色夹杂物等缺陷,都是因操作不当导致大量夹杂物残留钢中所致。
4 试样制备对鉴定夹杂物的影响
试样制备的好坏,直接影响夹杂物的鉴别工作,如果利用普通金相试样的制备方法,可能引起大量的夹杂物剥落,或造成严重的“拖尾”现象和相界不清,对于准确地观察夹杂物的分布、大小和形状均受到很大的干扰。试样表面粗糙,能使各向异性夹杂物的各向异性效应变弱,其至于造成判断上的错误,因此用于鉴别夹杂物观察的试样,必须精心制备,使其具有较高的表面光洁度,并且夹杂物的相界轮廓清晰,绝大多数夹杂物尚未剥落,没有“拖尾”现象存在。只有制备出这样的金相试样,才能准确地测定夹杂物的光学性质。
5 钢中非金属夹杂物在显微镜下的特征及鉴定
5.1 明视场下观察
在明视场下是以观察夹杂物的形状、分布、变形行为、大小、数量、组织、反射本领及其色彩等项目来识别夹杂物的属类。
5.2 夹杂物的外形
夹杂物的外形有规则的几何形状,像玻璃质SiO2呈球状,TiN呈方形;不规则的形状,如FeO呈卵形,多角形铝硅酸盐玻璃呈脆性破碎粒状。
5.3 夹杂物的分布
一般的硅酸盐呈单独的孤粒形状分布,Al2O3和FeO·MnO等氧化物聚集成群呈串状分布,而FeS及FeS·FeO则沿晶界分布。
5.4 夹杂物的透明度和色彩
夹杂物的透明度可分为透明、不透明两类。透明的夹杂物在暗场下显得十分明亮,如硅酸盐夹杂在暗场和偏光下有明显的反光能力。在暗场下透明,并有反光的环圈, 在偏光下有暗黑十字架现象。而硫化物、氧化铁在明场下没有反光能力。TiN夹杂在明场下反光能力较强,呈金黄色。MnS显灰兰色。
6 结 语
总之,钢中非金属夹杂物含量虽然微小,但它对钢的性能影响极大,所以必须对它进行检测和研究。根据夹杂物在显微镜下的特征,用金相显微方法检验可以定性定量地鉴定钢中非金属夹杂物的级别,并按有关标准判定钢的质量,进而找出规律,改进工艺,尽可能减少有害夹杂物的含量,提高产品质量。
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