钢中非金属夹杂物及其金相鉴别

钢中非金属夹杂物及其金相鉴别 钢中非金属夹杂物及其金相鉴别 一 拖(洛阳)开创装备科技有限公司 田白玉 ． 摘要 钢在冶炼过程中受各种因素影响，可以形成多种类型的非金属夹杂物， 这些夹杂物对钢 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 及其产品质量造成不良的影响。用金相法可以鉴别夹杂物的 特征、分布、塑性及抛光性。本文对鉴别的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和程序进行阐述。 关键词：钢材料 非金属夹杂物 试样 金相法 鉴别 1 前言 在有些文献资料中，非金属夹杂物被称 为“夹渣”、“炉渣夹杂”、“夹灰”，这些名称都 不妥当。因为诸类名称中的夹杂是意味着炉 内渣子被卷入钢液中未被排出，这显然是错 误的。非金属夹杂物主要来源于在钢液冷凝 过程中，其氧、硫、氮的化合物平衡常数相应 增大所形成的各种类型的非金属夹杂物化 合物，按化学反应而形成的产物，其名称应 为非金属夹杂物，或简称夹杂物。夹杂物存 在于钢铁中的数量虽然不多，但对钢铁材料 及其产品质量有着不良的影响。随着现代材 料工程技术的发展，对钢材的质量要求日益 严格。因此，深入探讨和研究非金属夹杂物， 将对材质的鉴定、产品开裂分析、废品分析、 失效分析都具有现实的意义。 2 钢中非金属夹杂物来源 夹杂物的产生是由于在钢熔炼过程中， 在熔融和凝固时所发生～系列的物理一化 学反应的结果，按其来源可分为内生(内在) 夹杂物和外来(外在)夹杂物两类。 2．1 内生夹杂物 内生夹杂物是指钢在冶炼、浇铸和冷凝 的过程中，由于内部各种物质成分之间，或 钢与炉中的气氛、容器等接触而引起的化学 反应所生成的产物，或钢液在冷凝温度下降 时，因溶解度减小等因素而析出的颗粒物 质。其实钢铁的冶炼就是一种氧化一还原反 应。为防止氧及其他气体的有害作用，往往 在钢液中加入对氧及其他气体亲和力强的 脱氧元素(si、Mn、A1、Ca、Ti等)，其化学反应 式如下： Mn+FeO一 Fe+MnO Si+2FeO一 SiO2+2Fe 2Al+3FeO一 3Fe+Al2O3 Ti+2FeO一 2Fe+TiO2 经过上述反应，在钢中存在着不能溶解 的固体氧化物微粒，氧化物和其他杂质互相 作用，从而又形成许多复杂的夹杂物。这些 夹杂物大部分都在钢液凝固前浮出，但是还 有极少部分仍残留在钢中。另外，在高温时 溶解入钢中的物质，随着温度的降低，其溶 解度减小。这些从钢中分离出来所形成的产 物，都称为内生夹杂物。 2-2 外来夹杂物 外来夹杂物又称外在夹杂物或偶然夹 杂物。它是由于在冶炼、浇铸生产过程中，从 设备或容器上剥落下来而掺入钢液中的杂 质，如耐火材料等。另外，有时因冶炼操作的 疏忽使耐火砖产生裂纹，受热冲击而脱落下 来，与其他各类氧化物形成的产物，称为外 一 31— 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年 第 4期 来夹杂物。 3 夹杂物对钢材质量的影响 夹杂物的危害性取决于其数量、形状、 大小、分布以及其熔点和物理、化学的性能。 夹杂物呈串状或网络状态存在时，便分割了 金属基体的连续性，从而降低了塑性和强 度，使钢在轧制、锻造或其他压力加工过程 中，在夹杂物所处区域易形成裂纹。 当夹杂物具有低熔点 (FeO与FeS共晶 体熔点为985cc)的性质时，在热加工变形过 程中，由于其熔融或软化，使钢产生热脆性 而导致开裂。另外，硫化物对金属抗腐蚀性 和抗磨性也有不良的影响。 当钢中存在铝夹杂物(Al20，)或其他氮 化物(A1N、TiN、ZrN)时，使钢的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面硬度不 均匀，造成冷加工切削和研磨困难，其表面 粗糙度达不到技术要求。 当夹杂物分布于产品零件的表层时，会 造成应力集中，早期因疲劳源会引起表层剥 落或疲劳开裂。例如在选择由轴承钢制造轴 承类型零件和拖拉机油泵喷射系统的柱塞 副精密偶件时，要求应对非金属夹杂物进行 严格的评定。 当钢中夹杂物已超标时，给热处理和焊 接工艺带来很大困难，例如造成化学热处理 (渗碳、渗氮、碳氮共渗)渗层不均匀；在盐浴 炉加热、电阻炉加热、感应加热淬火时，因夹 杂物易造成应力集中而形成淬火开裂；在焊 接时，将会导致焊接件的强度大大降低或开 裂。 4 夹杂物的金相鉴定方法 鉴别钢中的非金属夹杂物的方法分为 宏观法和微观法两大类。宏观法即经常采用 的断口鉴别法、硫印、酸蚀(冷蚀、热蚀)法、 超声波鉴定法等，这些方法主要是来了解和 一 32一 研究大截面中夹杂物的分布状况。微观鉴别 方法有化学法、岩相法、X射线法、衍射分析 法、电子探针(电子扫描)法、金相鉴定法。前 5种方法虽有其优点但都存在一定的局限 性，必需与其他的方法配合方能实施。而金 相鉴定法除了对夹杂物的化学成分、晶体结 构不能鉴别外，在光学金相显微镜下可以直 接观察和鉴别夹杂物的形态、大小、数量、分 布、类型、光学性能、塑性及抛光性能等，同 时金相法还具有操作简便、容易实施的特 点。就目前而言，应用金相法来鉴别非金属 夹杂物是最广泛、最有效的方法。 4．1 金相试样的截取与制备 为了保证截取的试样能够代表鉴别非 金属夹杂物的结果，其截取的部位应符合相 应技术条件的要求。对于锻坯件，可从锻坯 的中心至边缘的不同部位如在锻坯的头部、 中部、尾部取样；对轧制和冷拔的钢材，要通 过中心线沿纵向取样为宜；对淬火开裂、锻 造裂纹、热轧、冲压、失效疲劳断口等，都应 该在开裂、断口的附近处截取样品；对于特 殊钢材或产品零件，可按照相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 执 行。截取试样的尺寸以磨制方便为宜，一般 尺寸为~b12x20-25mm (管状)，15x15x20～ 25mm(长方体)。 为了保证试样制备质量，除铁索体钢和 奥氏体钢外，其它钢号试样都应先进行热处 理(淬火+低温回火，不允许有淬火裂纹)， 以达到该钢号的最高硬度值，从而使试样表 面具有较好的磨光性，其夹杂物保留完整。 试样在磨制时应依次使用由粗到细的 砂布和金相砂纸，下道磨制工序都要与上道 磨制工序的磨痕垂直，直到磨痕消失为止。 在抛光时，选择抛光织物纤维的毛愈短愈 好，抛光磨料用W广W 的白刚玉(A1203)或氧 化镁(MgO)为宜。抛光过程中，可用适当的 压力使试样的抛光面在抛光盘半径的部位 来回移动，同时试样自身也应不断地转动。 维普资讯 http://www.cqvip.com 钢中非金属夹杂物及其金相鉴别 最终要求试样未浸蚀在100倍的视场下，其 表面无划痕、无剥落、无泄尾，无水迹、无污 染，平整光亮如镜。 4．2 夹杂物在显微镜下的特征 4．2．1 夹杂物的大小 在相同的放大倍数下，各类夹杂物可分 为极粗、粗大、中等、细小、极细小等级，如氧 化铝夹杂物往往是很细的，玻璃状的硅酸盐 都比较大。按照颗粒大小程度可作为评定某 类型夹杂物的依据。 4．2．2 夹杂物的形状 夹杂物的形状可分为三类，有规则的主 要有球形、方形、长方形、三角形4种，例如氮 化物(TiN、ZrN)呈四方形，玻璃质的二氧化 硅(SiO：)呈球形，三氧化二铬(Cr~O3)呈长方 形或三角形；无规则的有多角形、椭圆形、卵 形等，例如变形破碎后的铝硅酸盐和变形后 的FeO夹杂物；细条状有线状、链锁形、纺锤 形，例如钢材在轧制变形后的FeS·MnS， mMnO·nFeO固溶体夹杂物。 4．2．3 夹杂物的分布 夹杂物在钢中的分布较为复杂，例如一 般的硅酸盐呈单独分布，铬铁矿为群集分 布，氧化物(AI~O，，FeO·MnO)呈连续或断续 串状分布，低熔点的硫化物(FeS，FeS·FeO) 是沿晶界分布。 4．2．4 夹杂物的透明度和色彩 按夹杂物的透明程度分，有透明度、半 透明度、不透明度。例如有些硫化物和氧化 铁在明视场下没有反光能力，在暗场和偏光 下比金属基体还暗，这些则属于不透明的夹 杂物；硅酸盐在暗场和偏光下都有明显的反 光能力，在明场下也会出现亮点或呈环状的 反射圈，它应属于透明夹杂物。在它们两者 之间的为半透明度夹杂物。 夹杂物种类繁多，其产物组成相当复 杂，且都有自己固有的色彩。透明夹杂物在 暗场下发亮，并显示本身颜色，如硅酸盐类 透明并带有亮红色，铝酸盐虽然透明，但色 彩不丰富。依据这些性能特征，在显微镜下 观察很容易识别和判断非金属夹杂物，如氮 化物TiN为金黄色，ZrN为柠檬黄色，MnS呈 浅灰色。 4．2．5 各向同性及各向异性 所谓各向异性和各向同性的效应，是指 将被研究的物质放在偏振光视场下观察，旋 转载物台(试样)360。后可出现4次(有时为2 次)发亮和4次消光的现象，称为各向异性； 当载物台(试样)旋转360。其光亮程度不发 生任何变化，即为各向同性。所有的夹杂物 都具有各向异性或者各向同性的效应。 4．2．6 暗黑十字及暗黑同心圆现象 特殊的球状透明夹杂物(主要指含SiO： 高的mFeO·nMnO-PSiO 及玻璃质的SiO )， 在偏振光下观察，其球状的透明夹杂物呈现 特有的暗黑十字及暗黑的同心圆。 4．2．7 夹杂物的可塑性 夹杂物有塑性和脆性之区别。金属在加 工过程中其夹杂物沿着变形方向伸展而不 破碎为塑性，破碎者为脆性。例如硫化物、铁 锰硅酸盐、铁锰硫化物，在金属加工塑性变 形时其夹杂物沿着加工方向延伸。氧化物在 加工变形时，其夹杂物本身不变形，仅沿着 变形的方向呈链状分布。含铝的硅酸盐在加 工变形中产生破碎，为脆性夹杂物。 4．2．8 夹杂物的组织结构 夹杂物的结构有单相和多相类型。单相 是指同一夹杂物具有同一的结构。单相结构 的有氧化硅、氧化铝以及固溶体 (FeO· MnO，A1203·FeO，FeS·MnS)。多相是指夹杂 物由两种或两种以上的相机械地相互混合 组成，如共晶体类型复杂的结构，如氧化 物一硫化物，硅酸盐基体上的莫来石等复合 夹杂物。 4．2．9 反射性能 反射能力是指反射光和入射光的强度 一 33— 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年 第 4期 之比值，其值愈大表示反射能力愈强，准确 的比值可用专用的特殊仪器测量。在金相显 微镜下测定夹杂物的亮度是在明视场下进 行，当夹杂物亮度与金属的基体亮度相同时 为高反射能力；当夹杂物无光亮呈暗黑色时 则为低反射能力；介于两者之间为中等反射 能力。 4-3 钢中夹杂物主要类型及其特性 4-3．1 硫化物 硫化物是钢液中所含的硫在凝固时以 沉淀物析出形成的产物。它在加工变形中本 身不破碎、不变形，属于塑性夹杂物。硫化物 主要有硫化铁(FeS)、硫化锰(MnS)和铁锰 硫化物(FeS·MnS)。硫化铁往往独立存在， 大部分处于铁素体中，具有不同的形状，色 彩为亮黄色或略呈浅蓝色。硫化锰则很少独 立存在，一般都与硫化铁共存而形成硫化铁 硫化锰(FeS·MnS)固溶体。铁锰硫化合物在 明视场下呈灰色或灰蓝色，随着硫化锰的含 量减少，将由灰色变为亮黄色。 4．3-2 氧化物 氧化物为脆性夹杂物，它随着压力加工 而破碎，沿金属变形的方向呈链状分布。在 钢中常见的氧化物有FeO、MnO、SiO、AhO，、 CrzO，等。这些夹杂物在明视场下大部分呈 灰色至暗灰色，有时略呈紫色。 氧化亚铁(FeO)能溶解大量的氧化亚 锰(MnO)，从而形成FeO·MnO固溶体，呈纺 锤形、小球状。这类夹杂物常在工业纯铁和 低碳沸腾钢中出现，如05钢、IOF、15F、20F、 10、20钢等。 氧化铝(Al20，)属于脆性夹杂物，在加 工中破碎为不规则的粒状，呈链状分布于钢 中。不含杂质的三氧化二铝在明视场下呈黄 白色，当含有杂质或合金元素时，色彩改变 ． ． 34．． 为灰蓝色或灰紫色。 三氧化二铬 (CrzO，)常在含Cr量较多 (铬不锈钢)和高铬钢中出现。CrzO，与FeO形 成的产物是铬铁矿(FeO·Cr O，)。 4-3-3 硅酸盐 硅酸盐夹杂物成分非常复杂，它能够溶 解氧化物和硫化物，从而形成各种类型的化 合物、共晶体及机械混合物。在钢中常见的 硅酸盐夹杂物有铁硅酸盐 (2FeO·SiO )、锰 硅酸盐 (2MnO·SiO )、铝硅酸盐 (3Al O，· 2SiO )，钙硅酸盐 (CaO-SiO )、(2CaO· SiO )、(3CaO·SiO )和铁锰硅酸盐 (mFeO- nMnO·SiO2)。 在硅酸盐夹杂物中，除锰硅酸盐和铁硅 酸盐为塑性易变形外，其它的硅酸盐类为脆 性，在加工变形过程中都易破碎，在明视场 下观察均呈灰色或暗灰色。 4．3．4 氮化物 氮化物属于脆性化合物，它在钢中一般 不沉淀，常常与亲和力强的钛、钒、锆等合金 元素形成稳定的氮化物或其他复杂氮化物 型夹杂物。氮化物的形态相当规则，一般都 呈小晶体，多半具有立方体的形状，为正方 形、棱形、三角形、长方形等，常在含钛、锆和 钒钢中出现。 5 结束语 钢中的非金属夹杂物类型很多，在常规 检验中，往往采用与标准等级对照的方法进 行评级 ，同时，要严格按照新制订的 GB10561--1989(钢中非金属夹杂物显微评 定方法》中采用JK评级图(瑞典)及 ASTM 评级图(美国)执行。 维普资讯 http://www.cqvip.com