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不銹鋼中非金屬夾雜及分類

2022-12-29

非金屬夾雜物是指存在于鋼中的金屬或非金屬化合物。在不銹鋼中一般都含有非金屬夾雜物,這些夾雜物的種類和形狀是多種多樣的,對不銹鋼鋼材的影響程度也不一樣。

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    一般來說,非金屬夾雜物的存在對鋼具有以下影響:

 

    (1)破壞金屬基體的連續(xù)性,在熱處理時易引起淬火裂紋;

    (2)當(dāng)金屬承受載荷特別是動載荷時,易造成應(yīng)力集中,使鋼的力學(xué)性能特別是疲勞強(qiáng)度降低,甚至導(dǎo)致機(jī)械零件在使用過程中斷裂失效;

    (3)非金屬夾雜物的存在還使鋼的耐蝕性降低,并使機(jī)械加工后的表面粗糙度增加;

    (4)較嚴(yán)重的非金屬夾雜物在鋼經(jīng)熱加工后呈帶狀分布,從而造成力學(xué)性能的方向性;

(5)夾雜物的存在還會使沖壓件的性能變化,易在夾雜物集中處開裂。

所以,鋼中的非金屬夾雜物應(yīng)該被看作是一種組織缺陷。當(dāng)然,正常的夾雜物含量對鋼材的使用一般不會有什么影響,有些鋼材或零配件反而希望多含一些夾雜物,如含硫易切削鋼,大量硫化物的存在不僅改善了切削性能,還適用于自動車加工的大批量生產(chǎn)。

鋼中非金屬夾雜物的來源通??梢苑譃閮深悾?/span>

一類是外來的非金屬夾雜物,即在冶煉、澆注過程中的爐渣及耐火材料剝落后進(jìn)入鋼液中形成的;

另一類是內(nèi)在的非金屬夾雜物,即在冶煉及澆注過程中物理化學(xué)反應(yīng)的生成物,如氧化物、硅酸鹽、硫化物等。

非金屬夾雜物可按化學(xué)成分劃分,也可按可塑性劃分。

1. 按化學(xué)成分劃分

1)氧化物 

簡單氧化物,即FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2等,一般在鋼中呈顆粒狀或球狀分布。

復(fù)雜氧化物包括尖晶石類氧化物和各種鈣的硅酸鹽,這些復(fù)雜氧化物的熔點高于鋼的冶煉溫度,并有一個相當(dāng)寬的成分變化范圍,在鋼液中呈固態(tài)存在,是多相夾雜物。

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2)硅酸鹽及硅酸鹽玻璃

這類夾雜物的化學(xué)式可用lFeO·mMnO·nAl2O3·pSiO2表示,成分較為復(fù)雜,通常呈多相狀態(tài)。

     由于鋼液凝固時冷卻速度較快,某些熔融態(tài)的硅酸鹽來不及結(jié)晶,致使其全部或部分呈玻璃態(tài),如FeO·SiO2(鐵硅酸鹽)、MnO·Si2O(錳硅酸鹽)等.

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3)硫化物


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 在鋼中主要以FeS、MnS或(MnFe)S等存在,一般在鋼中呈球狀任意分布,或呈桿狀、鏈狀、共晶式在樹枝間和初生晶粒的晶界處分布,也有呈塊狀、具有不規(guī)則外形、任意分布的,如上圖所示。

4)氮化物

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 鋼中的氮化物如AlN、TiN、ZrN、VN等,其質(zhì)點極為細(xì)小,呈方形或多角形。

由于鋼中夾雜物在熱壓力加工時具有不同的塑性,其變形程度各異,可分為以下幾種類型:

 

1)塑性夾雜物 

 

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塑性夾雜物在壓力加工時沿加工方向伸長為帶狀、斷續(xù)條狀、紡錘狀等,如FeS、MnS、(Mn、Fe)S,以及含SiO2較低(40%-60%)的低熔點硅酸鹽等,如上圖所示。

 

2)脆性夾雜物


 

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脆性夾雜物在壓力加工時不變形,但沿加工方向破裂成串,如Al2O3、尖晶石及釩、鈦、鋯的氧化物等,它們都屬于高熔點、高硬度的夾雜物,如上圖所示。

 

3)半塑性夾雜物 

半塑性夾雜物以具有可塑性的硅酸鹽或鋁酸鈣為主體,并混雜一定數(shù)量的脆性氧化物。熱加工時,因主體夾雜物變形受阻而使夾雜物形狀呈邊界不規(guī)則的不連續(xù)條狀。

 

4)球狀(或點狀)不變形夾雜物 


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這類夾雜物在熱加工過程中仍保持鑄態(tài)原形而不發(fā)生變形。屬于此類夾雜物的有SiO2、含SiO2較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%)的硅酸鹽、CaO及其溶入Al2O3后形成的CaO·Al2O3和CaO·2Al2O3等,如上圖所示。