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    非金属夹杂物

    时间:2022-09-08        阅读


      01、非金属夹杂物对钢力学性能的影响


      非金属夹杂物是指存在于钢中的金属或非金属化合物。在钢铁材料中一般都含有非金属夹杂物,这些夹杂物的种类和形状是多种多样的,对钢材的影响程度也不一样。


      一般来说,非金属夹杂物的存在对钢具有以下影响:


      (1)破坏金属基体的连续性,在热处理时易引起淬火裂纹;


      (2)当金属承受载荷特别是动载荷时,易造成应力集中,使钢的力学性能特别是疲劳强度降低,甚至导致机械零件在使用过程中断裂失效;


      (3)非金属夹杂物的存在还使钢的耐蚀性降低,并使机械加工后的表面粗糙度增加;


      (4)较严重的非金属夹杂物在钢经热加工后呈带状分布,从而造成力学性能的方向性;


      (5)夹杂物的存在还会使冲压件的性能变化,易在夹杂物集中处开裂。



      所以,钢中的非金属夹杂物应该被看做是一种组织缺陷。当然,正常的夹杂物含量对钢材的使用一般不会有什么影响,有些钢材或零配件反而希望多含一些夹杂物,如含硫易切削钢,大量硫化物的存在不仅改善了切削性能,还适用于自动车加工的大批量生产。


      02、非金属夹杂物的分类


      钢中非金属夹杂物的来源通常可以分为两类:


      一类是外来的非金属夹杂物,即在冶炼、浇注过程中的炉渣及耐火材料剥落后进入钢液中形成的;


      另一类是内在的非金属夹杂物,即在冶炼及浇注过程中物理化学反应的生成物,如氧化物、硅酸盐、硫化物等。



      非金属夹杂物可按化学成分划分,也可按可塑性划分。


      01按夹杂物的化学成分分类


      图1a 明视场观察呈灰色

      图1 b 正交偏光观察

      图1c 暗场观察

      图1 复杂氧化物及硅酸盐玻璃体


      1)氧化物 简单氧化物,


      即FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2等,一般在钢中呈颗粒状或球状分布。


      复杂氧化物包括尖晶石类氧化物和各种钙的硅酸盐,这些复杂氧化物的熔点高于钢的冶炼温度,并有一个相当宽的成分变化范围,在钢液中呈固态存在,是多相夹杂物,如图1中的箭头2所示。


      2)硅酸盐及硅酸盐玻璃


      这类夹杂物的化学式可用lFeO·mMnO·nAl2O3·pSiO2表示,成分较为复杂,通常呈多相状态。


      由于钢液凝固时冷却速度较快,某些熔融态的硅酸盐来不及结晶,致使其全部或部分呈玻璃态,如FeO·SiO2(铁硅酸盐)、MnO·Si2O(锰硅酸盐)等,如图1中的箭头1所示。


      3)硫化物


      图2 硫化物夹杂 400X


      在钢中主要以FeS、MnS或(MnFe)S等存在,一般在钢中呈球状任意分布,或呈杆状、链状、共晶式在树枝间和初生晶粒的晶界处分布,也有呈块状、具有不规则外形、任意分布的,如图2所示。


      4)氮化物


      图3 氮化物及氧化物夹杂 400X


      1-氮化物;2-氧化物;3-条状石墨


      钢中的氮化物如AlN、TiN、ZrN、VN等,其质点极为细小,呈方形或多角形,如图3所示。


      02按夹杂物的可塑性分类


      由于钢中夹杂物在热压力加工时具有不同的塑性,其变形程度各异,可分为以下几种类型:


      1)塑性夹杂物


      图4 硫化物夹杂 400X


      塑性夹杂物在压力加工时沿加工方向伸长为带状、断续条状、纺锤状等,如FeS、MnS、(Mn、Fe)S,以及含SiO2较低(40%-60%)的低熔点硅酸盐等,如图4所示。


      2)脆性夹杂物

      图5 串连状夹杂物 100X


      脆性夹杂物在压力加工时不变形,但沿加工方向破裂成串,如Al2O3、尖晶石及钒、钛、锆的氧化物等,它们都属于高熔点、高硬度的夹杂物,如图5所示。


      3)半塑性夹杂物


      半塑性夹杂物以具有可塑性的硅酸盐或铝酸钙为主体,并混杂一定数量的脆性氧化物。热加工时,因主体夹杂物变形受阻而使夹杂物形状呈边界不规则的不连续条状。


      4)球状(或点状)不变形夹杂物


      图6 球状或点状不变形夹杂物 100X


      这类夹杂物在热加工过程中仍保持铸态原形而不发生变形。属于此类夹杂物的有SiO2、含SiO2较高(质量分数大于70%)的硅酸盐、CaO及其溶入Al2O3后形成的CaO·Al2O3和CaO·2Al2O3等,如图6所示。


      5)对于非金属夹杂物检测


      可按GB/T 10561《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》进行评定。

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