仪器网-专业分析仪器,检测仪器平台,实验室仪器设备交易网
金属 非金属夹杂物

非金属夹杂物

推荐访问 金属

  非金属夹杂物是金属材料中非金属元素氧、氮、硫与金属元素铁、锰、铝、钛等组成的氧化物、氮化物、硫化物和硅酸盐、尖晶石等复合氧化物的总称。

  非金属夹杂物不溶解于金属基体,独立地存在,分割和破坏基体金属的连续性,降低材料的机械性能和工艺性能。在非金属夹杂物与基体的界面间常易引起应力集中,产生裂纹源,使裂纹扩展,大多被认为是有害的。因此非金属夹杂物含量和分布是评定钢质量的一个重要指标,是优质钢和高级优质钢,尤其是轴承钢常规检验项目之一。国家标准规定应限制在一定级别范围内。

非金属夹杂物来源

  内生非金属夹杂物是Al、Si、Mn脱氧产物或者是钢水冷却凝固过程中的析出物,氧、氮、硫在冷却中溶解度减少,造成氧化铝、氧化硅、氮化铝和硫化物的沉淀析出,通常较小(小于10m)。

  外来非金属夹杂物有多种情况:

  (1)二次氧化产物是产生大型夹杂物Z常见的形式,空气是二次氧化的源泉。其特征为尺寸大,属于复合成分及多相结构,形状不规则,在钢中零星分布,数量较少。

  (2)卷渣造成的外来夹杂物其形成的夹杂物尺寸在10~300m之间,含大量的CaO和MgO成分。有炼钢炉渣、中间包覆盖剂、结晶器保护渣。

  (3)包衬耐火材料侵蚀或腐蚀造成是一类极为常见的典型固态大型夹杂物的来源。有钢包的耐火材料、中间包耐火材料(内衬、塞头、滑板、水口等)。

  (4)化学反应产生的外来夹杂物如化学反应产生变性的氧化物等。

非金属夹杂物分类

  1、按来源分

  (1)外来夹杂物——在冶炼、浇注过程中,混入钢液并滞留其中的耐材、熔渣或两者的反应产物以及灰尘微粒等。它们的颗粒较大,外形不规则,在钢中出现带有偶然性,分布无规律。

  (2)内生夹杂物——在脱氧和凝固时生成的各种反应物,主要是氧、硫、氮的化合物,根据形成的时间不同可分为四种:

  一次夹杂物(冶炼过程中生成并滞留钢中的脱氧产物、硫化物、氮化物,也称原生夹杂物);

  二次夹杂物(出钢和浇注过程中随钢液温度的下降导致平衡移动而生成的夹杂物);

  三次夹杂物(钢液在凝固过程中,因元素的溶解度下降引起平衡移动而生成的夹杂物);

  四次夹杂物(固态钢发生相变时因溶解度发生变化而生成的夹杂物)。

  从数量来说内生夹杂物主要是一次和三次夹杂物。相对于外来夹杂物,内在夹杂物的分布较均匀、颗粒较细小。且形成时间越迟,颗粒越细小。

  实际钢中夹杂物有时很难分出是外来夹杂物还是内生夹杂物,因为其有一个相互反应过程。

  2、按组成分(化学分类法)

  主要有硫化物系、氧化物系、氮化物系。按GB/T10561-89标准分成A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸盐)、D(球状氧化物)类,其可分为细系、粗系。

  细系的厚度分别为4μm、9μm、5μm、8μm;粗系的厚度分别为6μm、15μm、9μm、12μm。其间JK标准又分别分为1~5级;ASTM标准又分别分为0.5~2.5级。

  按GB/T10561-2005(ISO 4967.1998(E))标准分成A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸盐)、D(环状氧化物)类,其可分为细系、粗系。

  细系的宽度分别为2~4μm、2~9μm、2~5μm、3~8μm;粗系的宽度分别为>4~12μm、>9~15μm、>5~12μm、>8~13μm,其间i分为0.5~3级;另外DS(单颗粒球状)类,直径13~76μm,i为0.5~3级。

  3、按加工形变分

  塑性、脆性及不变形非金属夹杂物。

  4、按夹杂物的尺寸分

  宏观夹杂物,尺寸>100m,肉眼、放大镜可见。主要是外来夹杂物,钢液的二次氧化也是大型夹杂物的主要来源。一般数量不多,但对钢质量影响很大。

  微观夹杂物,尺寸1~100m,显微镜下才见,也称显微夹杂物。一般认为,钢中显微夹杂的数量与脱氧后钢中的溶解氧含量有很大的对应关系,往往主要是二次和三次夹杂物。

  超细微夹杂物,尺寸<1m,主要是二次和四次夹杂物。一般认为。该类夹杂物数量虽多,但对钢性能的影响不大。有人也把钢中夹杂物尺寸<1m时称为零夹杂。

非金属夹杂物级别.jpg

非金属夹杂物的危害

  非金属夹杂物是金属的内部组织产生应力集中及裂纹的根源之一,非金属夹杂物分布在金属的基体组织中,犹如金属中分布了许多强度极低的空隙。当受到外力作用时,随金属的变形流动,这些非金属夹杂所形成的空隙就会长大、延伸而形成显微裂纹或裂纹。因此,非金属夹杂物对与断裂过程有关的一系列指标(如塑性、韧性、疲劳性能)均带来很大影响。

  1、非金属夹杂物对钢塑性的影响

  金属材料的断裂过程是裂纹不断发生、发展的过程。夹杂物作为显微裂纹的起源,它明显地影响着钢的塑性指标。其中对断面收缩率的影响比对延伸率的影响更为显著,另外条带状的塑性夹杂物和点链状的脆性夹杂物使钢的性能带有明显的方向性,会使钢的横向塑性低于纵向塑性。

  2、非金属夹杂物对钢韧性的影响

  冲击韧性是钢抵抗冲击破坏的能力。金属的韧性断裂是随钢材的不断塑性形变而逐渐发展的。大多数夹杂物与金属的塑性、弹性有很大差别,它们无法与钢材塑性形变同步形变,因而在它周围便产生越来越大的应力集中,乃至产生微裂纹,Z终因裂纹扩延而导致钢的断裂。

  3、非金属夹杂物对钢的疲劳性能的影响

  金属材料承受一定的复杂应力或交变应力,经多次循环后发生破坏,这一现象称之为疲劳。疲劳过程就是钢组织内部的疲劳裂纹发生与传播的过程,而疲劳裂纹首先出现在材料局部应力集中的部位。因而,非金属夹杂物作为应力集中及做裂纹的起点,无疑将降低钢的疲劳极限。

  4、非金属夹杂物对钢热加工性能及冷弯性能的影响

  硫化物夹杂明显降低钢的热加工性能,它也明显地降低钢的冷弯性能。

  5、非金属夹杂物对钢的电磁性能的影响

  由于非金属夹杂物不是铁磁性物质,它减少了铁磁性基体的体积;另外它在晶粒内或晶界上使基体变形时产主内应力,使金属基体磁性不均匀,降低了磁性。

  综上所述,非金属夹杂物在通常情况下破坏了钢基体组织的连续性,降低了钢的力学性能、疲劳性能及一些理化性能。但在某些场合,控制钢中不同成分、不同数量、不同形态和不同分布情况的非金属夹杂物对钢的某些性能却会起到好的作用。

非金属夹杂物的防止

  铁液内部的非金属夹杂物降低铸铁的塑性、韧性、疲劳寿命和切削性能。研究者用电子探针、电镜扫描、X射线图像分析仪等先进检测手段,发现非金属夹杂物的数量、形态、尺寸和分布对铸铁材料的失效有重大影响。

  许多学者已将20世纪30年代末CESims提出的钢液中硫化物形态分类法用于对非金属夹杂物的分类。Ⅰ类为铁锰氧化物和球状硫化物;Ⅱ类为链状、膜状硫化物和簇状、膜状Al2O3,其削弱铸铁晶界结合力,严重影响铸铁的抗拉强度;Ⅲ类为Al2O3、棱角状硫化物和不规则形状的硫氧化物,是材料的疲劳源和应力集中的裂纹源。

  减少和改善铸铁内部非金属夹杂物的有效办法有:(1)提高铸铁的冶金质量和铁液的洁净度;(2)改善铸铁中非金属夹杂物的形态和分布。

  1、提高铁液的冶金质量

  对于冲天炉熔炼,提高冲天炉熔炼温度是提高铁液冶金质量Z有效的方法。铁液温度高使炉渣黏度低、流动性好。强化炉内焦炭燃烧,可以促进炉渣冶金反应向有利方向发展。流动性好的熔渣易于收容铁液中的夹杂物,上浮后易于与铁液分离。但是过稀的熔渣不易与铁液分离,当浇注系统设计欠妥时,非常容易混入型腔内,铸件冷却后表面形成白色夹渣。另外,增加炉渣的CaO含量可以降低炉渣黏度,炉渣中含Ca的硅酸盐复合物熔点低、流动性高。

  熔炉内加入SiC,能使铁液增C、增Si,还能进行脱氧反应3SiC+2Fe2O3=3SiO2+4Fe+3C和C+FeO→Fe+CO↑,从而减轻锈蚀炉料的有害影响。SiC是一种硅基生核剂,熔点为2700℃,按SiC+Fe→FeSi+C融熔于铁液,其生成的非平衡石墨活性很高,作为晶核失配度为零,是增加铁液晶核的优质预处理剂。

  2、改善铸铁中非金属夹杂物的形态和分布

  借用铸钢生产中采用碱土金属或稀土金属进行球化变质处理,可以改善Ⅱ类、Ⅲ类非金属夹杂物形态和尺寸,获得Ⅰ类球状氧硫复合夹杂物。

  碱土金属中Ca、Sr、Ba与Si的合金,可以作为非金属夹杂物的球化变质剂。硅钙是铁液良好的净化剂,Ca与O、S亲和力极强,在大气中难以存放,实际生产中以硅钙合金的形式应用。硅钡也是铁液良好的净化剂,硅钡使Ⅱ类、Ⅲ类夹杂物改变成细小球状夹杂物,提高铸件的力学性能。铸铁中加入硅钙、硅钡、硅锶孕育剂,既可以为铁液增加晶核,又可以改善夹杂物形态。

  采用稀土元素球化变质处理非金属夹杂物,一可使Ⅱ类MnS转化为高熔点和热力学性质更稳定的球状稀土夹杂物;二可消除簇状分布的Al2O3,并使其转化为球状稀土夹杂物;三可有效地排除稀土夹杂物,获得高洁净度铁液。


2018-08-28  浏览次数:4163
本文来源:https://www.yiqi.com/citiao/detail_1314.html
看过该的人还看了以下文章
  • 最新资讯
  • 非金属夹杂物来源
  • 非金属夹杂物分类
  • 非金属夹杂物​的危害
官方微信

仪器网微信服务号

扫码获取最新信息


仪器网官方订阅号

扫码获取最新信息

在线客服

咨询客服

在线客服
工作日:  9:00-18:00
联系客服 企业专属客服
电话客服:  400-822-6768
工作日:  9:00-18:00
订阅商机

仪采招微信公众号

采购信息一键获取海量商机轻松掌控