钢中非金属夹杂物的金相分析
由于现代工程技术的发展对钢的强度、韧性、加工性能等要求日趋严格,所以对钢铁材质要求也越来越高。非金属夹杂物作为独立相存在于钢中,破坏了钢基本的连续性,使钢组织的不均匀性增大。因此钢中非金属夹杂物的存在,对钢的性能产生强烈影响。根据非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量等因素的不同,对钢性能的影响也不同。为了提高金属材料的质量,生产非金属夹杂物少的洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,这是冶炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。而对于金相分析工作者来说,如何正确判断和鉴定非金属夹杂物,是十分重要的。
鉴别非金属夹杂物的工作首先是在金相显微镜下进行,利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布;在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度;在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质,从而判断夹杂物的类型,根据夹杂物的分布情况及数量评定相应的级别,评判其对钢材性能的影响。目前检验、研究钢中非金属夹杂物的方法很多。有化学法、岩相法、金相法、电子探针、电子扫描法等等。本文仅就用金相法检验钢中非金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。
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鉴别非金属夹杂物的工作首先是在金相显微镜下进行,利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布;在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度;在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质,从而判断夹杂物的类型,根据夹杂物的分布情况及数量评定相应的级别,评判其对钢材性能的影响。目前检验、研究钢中非金属夹杂物的方法很多。有化学法、岩相法、金相法、电子探针、电子扫描法等等。本文仅就用金相法检验钢中非金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。
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