鋼中非金屬夾雜物的檢測

1、鋼中非金屬夾雜物的檢測一.概述非金屬夾雜物是鋼中不可避免的雜質(zhì)，它的存在使金屬基體的 均勻連續(xù)性受到破壞。非金屬夾雜在鋼中的形態(tài)、含量和分布情況 都不同程度地影響著各種性能，諸如常規(guī)力學(xué)性能、疲勞性能、加 工性能等。因此，非金屬夾雜物的測定與評定引起人們的普遍重視。 夾雜物的含量和分布狀況等往往被認(rèn)為是評定鋼的冶金質(zhì)量的一個 重要指標(biāo)，并被列為優(yōu)質(zhì)鋼和高級鋼的常規(guī)項目之一。鋼中非金屬夾雜物按其來源和大小，大體可分為兩大類：顯微夾雜物或稱內(nèi)在夾雜物，這類夾雜物是鋼冶煉和凝固過 程中，由于一系列物理和化學(xué)反應(yīng)所生成。例如，在冶煉過程中， 由于加入脫氧劑而形成氧化物和硅酸鹽等。這些夾雜物來不及完全

2、上浮進(jìn)入鋼渣，而殘留在鋼液中，即為內(nèi)在夾雜。如：Al、Fe-si等脫氧劑可以形成下列夾雜：3FeO+2Al 3Fe+ A12O32FeO+ Si a SiO +2Fe2nFeO+mSiO2 nFeO mSiO2nAl2O3+mSiO2 nAl2O3 mSiO2另外，鋼在凝固冷卻過程中，S、N等元素，由于溶解度的降低 而生成硫化物、氮化物等也將殘留在鋼中。宏觀夾雜物或稱外來夾雜物，這類夾雜物是在鋼的冶煉或澆 鑄過程中，由于耐火材料等外來物混入造成。其特點是大而無固定 形狀。就對鋼而言，宏觀夾雜物的危害更大。夾雜物的檢驗方法也有宏觀檢驗法和顯微檢驗法兩種。非金屬夾雜物的顯微檢驗法是指借助于金相顯微

3、鏡在規(guī)定的實 驗條件下，檢驗金相試樣中非金屬夾雜物的方法。該法的主要優(yōu)點 是可以確定夾雜物的類型、分布、數(shù)量和大小，可以發(fā)現(xiàn)極細(xì)小的 夾雜物。但是，由于受試樣尺寸及取樣位置、數(shù)量的限制。所以顯 微檢驗法的評定結(jié)果在很大程度上存在偶然性。往往會過分夸大細(xì) 小夾雜物的重要性而將那些試樣以外或檢驗面以外的較大夾雜物遺 漏，所以，顯微檢驗法總是與宏觀檢驗法相輔相成、互相補充的。 如果非金屬夾雜物的宏觀檢驗對優(yōu)質(zhì)鋼來說是必不可少的檢驗項目 之一，那么顯微檢驗法則是特殊用途鋼（如軸承鋼、重要用途的合 金結(jié)構(gòu)鋼等）廣泛采用的檢驗方法。二.顯微夾雜物的分類鋼中非金屬夾雜物的種類很多，應(yīng)將性質(zhì)相似、形態(tài)相似對鋼

4、 的性能影響作用相似的各種夾雜物劃分類別。從檢驗方便考慮，分 類方法力求簡單、明了、科學(xué)。非金屬夾雜物除按來源可分為內(nèi)在夾雜物如外來夾雜物外，尚 可按化學(xué)成分分類，分為氧化物、硫化物和氮化物等，而氧化物又 可分為簡單氧化物，復(fù)雜氧化物和硅酸鹽（見下圖）還可按其塑性變形能力分:1）脆性夾雜物：這種夾雜物塑性變形能力差，在熱加工時其大 小不變化，但可以沿?zé)峒庸し较虺涉湢钆帕?，屬于這類的夾雜物有 氧化物和脆性硅酸鹽。2）塑性夾雜物：熱加工時這類夾雜物發(fā)生塑性變形，沿加工方 向延伸成條狀，屬于這類夾雜物的有硫化物和含SiO2較少的鐵錳硅 酸鹽。（可分為兩類：A類-硫化物類、C類-硅酸鹽類）3）點狀不變

5、形夾雜物。這類夾雜物鑄態(tài)呈球狀，在熱加工過程 中形狀不變，保持球狀，這類夾雜物為復(fù)雜的硅酸鹽。（可分為兩類：B類-氧化鋁、D類和DS類-球狀氧化物）非金屬夾雜物的分類方式各國的標(biāo)準(zhǔn)不同，我們GB/T 10561- 2005等按上述原則和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4967：1998 （E）采用基本相一致 的方法，根據(jù)夾雜物的形態(tài)和分布標(biāo)準(zhǔn)圖片分為A、B、C、。和。 五大類：A類（硫化物類）：具有高的延展性，有較寬范圍形態(tài)比（長度/寬度）的單個灰色夾雜物，一般端部呈圓角；B類（氧化鋁類）：大多數(shù)沒有變形、帶角、形態(tài)比?。ㄒ话鉜3）,黑色帶蘭色的顆粒沿軋制方向排列成一行（至少有3個顆粒）；C類（硅酸鹽類）：具有

6、高的延展性，有較寬范圍形態(tài)比（一般 分3）的單個呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳角；D類（球狀氧化物類）：不變形、帶角或圓形的，形態(tài)比（一般V3）黑色或帶蘭色，無規(guī)則分布的顆粒；Ds類（單顆粒球狀類）：圓形或近似圓形，直徑mi3um的單顆 粒夾雜物。A、B、C、D四類標(biāo)準(zhǔn)圖片從0.5級3級分粗系和細(xì)系共48張，Ds類0.5級3級共6張。三.檢查方法：取樣1）取樣尺寸：保證檢查面積約為200mm2 （20mm*10mm），平行于 縱軸。2）取樣部位：見標(biāo)準(zhǔn)第3頁（1）直徑或邊長40mm鋼棒或鋼坯取表面至中心部位，1/2半徑 處；（2）直徑或邊長2540mm鋼棒或鋼坯：檢驗面為邊緣至中心；（3）

7、直徑或邊長W25mm:檢驗面通過直徑的整個截面；（4）厚度W25mm板材：檢驗面位于寬度1 /4處的全厚度截面；厚度25mm50mm板材:位于寬度1 /4和板表面到中心位置；厚度50mm鋼板：檢驗面位于寬度1 /4和板表面到中間位置和厚度1/4截面。圄3直程或邊長廈衛(wèi)5 mm鋼修的取樣制樣：試樣要熱處理提高硬度，在冷態(tài)下，機械方法切取磨制 與拋光要避免夾雜物的剝落、變形和拋光面的污染。拋光速度、拋光 劑等選擇恰當(dāng)、拋光面要光潔，防止劃痕等假象。檢查：一般采用檢查整個拋光面，每個視場同標(biāo)準(zhǔn)圖片對比，每類夾雜物按細(xì)條和粗條記下級別，與所檢驗面上最惡劣視場相符合的標(biāo)準(zhǔn)圖片級別來評定。FeO夾雜（明場

8、）FeO夾雜（暗場）Al2O3夾雜（明場）Al2O3夾雜（暗場）a明場b暗場脆性夾雜物受拉應(yīng)力作用下發(fā)生破裂導(dǎo)致裂源的產(chǎn)生氮化層疏松檢查滲氮零件經(jīng)磨制拋光浸蝕后，在500倍下可看到化合層內(nèi)呈黑色 點狀缺陷對使用性能有明顯的影響，必須重視、化合物層疏松的形成：化合物疏松多發(fā)生在碳氮共滲或高氮勢長時間氣體滲氮的情況 下。1）液體N-C共滲時，由于氮勢高，滲速快，特別是使用新鹽液 時，疏松比較嚴(yán)重，疏松隨鹽浴中亞鐵氰酸鹽（Na4Fe（CH）6）含量 的增加而增加，隨著使用時間的延長，鹽浴中氮勢的降低，疏松程度 相應(yīng)下降。2）氣體N-C共滲的化合物疏松，是由于亞穩(wěn)定的高氮相化合物 在滲氮過程中發(fā)生分解

9、，折出氮分子而當(dāng)下氣孔。當(dāng)爐氣中NH含量3超過某一數(shù)值，開始出現(xiàn)多孔性的表面，隨著爐氣中NH3含量的繼續(xù) 增加，疏松程度就越嚴(yán)重。3）氣體滲氮時，化合物層出現(xiàn)的疏松與氨氣純度，滲層中平均 氮濃度有關(guān)。如氨氣中含有水分，滲層中氮濃度過高，易產(chǎn)生疏松?；衔飳邮杷尚螒B(tài)與危害：在滲氮特別是N-C共滲后，滲層的化合物層出現(xiàn)細(xì)小的微孔或孔 洞，可以未經(jīng)腐蝕的金相試樣上觀察到。由于微孔的大小、數(shù)量和分 別的不同，對性能的影響不同，有少數(shù)的微孔可儲存潤滑油，降低摩 擦系數(shù)。對使用性能是有利的。但隨著微孔的增多、增大，使化合物層脆性增大，易引起起皮剝落，嚴(yán)重降低使用壽命。氮化層疏松的檢驗氮化層疏松國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11354-2005鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗按化合層內(nèi)微孔的形狀、數(shù)量及密集程度分為五 級（見下表）滲氮層疏松級別級別滲氮層疏松級別說明1化合物層致密，表面