非金属夹杂物_海纳百川_百度空间

非金属夹杂物对钢的强度、塑性、断裂韧性、切削、疲劳、热脆以及耐蚀等性能有很大影响。一般认为,夹杂物的成分、数量、形状、分布以及在基体中的空间分布等影响钢的性能。S.Ruddnik[26]指出,只有当非金属夹杂物的尺寸小于1μm,且其数量少、夹杂物彼此之间的距离大于10μm时,才不会对材料的宏观性能造成影响。当然,不同钢种用途不同,对夹杂物的要求也不一样,例如,不同钢种和不同受力状态时,夹杂物对性能无害的临界尺寸是不同的。

1)非金属夹杂物对钢的强度影响

夹杂物对钢的强度的影响与颗粒尺寸密切相关。通过在烧结铁中加入不同尺寸(0.0135μm)、形状(球形和棱角的)、比例(08%)的氧化铝颗粒进行试验得出[26]:室温下,氧化铝颗粒超过1μm时,使屈服强度和抗张强度降低;当夹杂物的含量很低时,对屈服强度的降低特别敏感。长谷川正义[27]向浇注的钢流中喷射高熔点氧化物,研究了不同的氧化物颗粒直径,体积比对常温抗张强度的影响,结果表明:无论喷射氧化铝或氧化锆试样,屈服和抗张强度都随粒子体积比的增大而升高。另外,金属断裂时,裂纹不仅在基体中形成,而且也经常在夹杂物中形成,造成钢的断裂,Smith提出边界夹杂物开裂的强度断裂理论[28]

2)非金属夹杂物对钢的塑性影响

通常夹杂物对钢材的纵向延性影响不大,而对横向延性的影响却很显著。研究表明,高强度钢的横向断面收缩率随夹杂物总量的增加而降低。夹杂形状对对横向延性的影响更为显著,随着带状夹杂物的增加,横向断面收缩率明显降低,这种带状夹杂物主要是硫化物。Funnell[29]研究指出,夹杂物对钢的高温延性有很大影响,低碳钢在奥氏体区延性大大降低,其原因是细小的第二相析出物(如AlNTiNNb(C,N)等)能有效钉扎奥氏体晶界,从而降低延性。

3)非金属夹杂物对钢的断裂韧性影响

文献[30,31]中指出,S及硫化物的含量增加降低钢的各种韧性指标,钢的断裂韧性随着夹杂物数量或长度的增加而下降。曾光廷等[31]研究了硫化物和氮化物夹杂对钢的断裂韧性的影响,并与Krafft模型计算值进行了比较,结果得出:对断裂韧性的危害由小到大依次为VN→TiS→AlN→NbN→ZrN→Al2S3→CeS→MnS ;夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系,TiS对断裂韧性没有影响。一些研究工作讨论了夹杂物作为裂纹根源的作用问题[29],研究证明,钢中的脆性夹杂物由于与钢基体的热膨胀系数不同,在夹杂物周围容易产生内应力。

李代锺[30]认为,为使钢材具有良好的韧性和使韧性各向异性尽可能降低,对夹杂物的要求是:夹杂物的体积分数尽可能低;夹杂物分布均匀;夹杂物要有紧凑的外形;夹杂物的硬度{zh0}为钢基体的两倍,以使夹杂物在热加工时变形最小。

 在炼钢过程中,少量、耐火材料及冶炼中反应产物可能进入钢液,形成非金属夹杂物。它们都会降低钢的机械性能,特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。严重时,还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织,使材料具有各向异性。严重时,横向塑性仅为纵向的一半,并使冲击韧性大为降低。因此,对重要用途的钢(如滚动轴承钢、弹簧钢等)要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况。此外,钢在整个冶炼过程中,都与空气接触,因而钢液中总会吸收一些气体,如氮、氧、氢等。它们对钢的质量也会产生不良影响。钢中非金属夹杂物根据不源可分两大类,即外来非金属夹杂物和内在非金属夹杂物。外来非金属夹杂物是钢冶炼、浇注过程中炉渣及耐火材料浸蚀剥落后进入钢液而形成的,内在非金属夹杂物主要是冶炼、浇注过程中物理化学反应的生成物,如脱氧产物等等。常见的内在非金属夹杂物有以下几种;(a)氧化物,常见的为Al2O3;(b)硫化物,如FeSMnS、(MnS·FeS)等;(c)硅酸盐,如硅酸亚铁(2FeO·SiO2)、硅酸亚锰(2MnO·SiO2)、铁锰硅酸盐(mFeO·MnO·SiO2)等;(d)氮化物,如TiNZrN等;点状不变形夹杂物等



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