Неметаллические включения - Non-metallic inclusions

Неметаллические включения химические соединения и неметаллы которые присутствуют в стали и другие сплавы. Они являются продуктом химических реакций, физических воздействий и загрязнения, происходящего в процессе плавления и разливки. Эти включения классифицируются по происхождению как эндогенные или экзогенные.[1] Эндогенные включения, также известные как местные, встречаются в металле и являются результатом химических реакций. Эти продукты осаждаются при охлаждении и обычно очень малы.[2] Экзогенные включения вызваны улавливанием неметаллов. Их размер сильно различается, и их источник может включать шлак, окалина, поток остатки и кусочки плесень.[2]

Источники образования включений

Неметаллические включения возникают из-за многих физико-химических эффектов, которые происходят в расплавленном и консолидированном металле во время производства.

Неметаллические включения, возникающие из-за различных реакции при производстве металла называются натуральными или коренными. Они включают оксиды, сульфиды, нитриды и фосфиды.

Помимо природных включений есть также части шлак, огнеупоры, материал литейной формы (материал, с которым металл контактирует во время производства) в металле. Такие неметаллические включения называют инородными, случайными или экзогенными.

Большинство включений при восстановительной плавке металла образовалось из-за уменьшения растворимости примеси в процессе охлаждения и консолидации.

Современный уровень технологии производства стали позволяет исключить из металла большинство естественных и посторонних включений. Однако его общее содержание в различных сталях может варьироваться в широких пределах и имеет большое влияние на свойства металла.

Классификация неметаллических включений

Неметаллические включения, наличие которых определяет чистоту стали, классифицируются по химическому и минералогическому составу, по стабильности и по происхождению. По химическому составу неметаллические включения делятся на следующие группы:

  1. сульфиды (простой - FeS, MnS, Al2S3, CaS, MgS, Zr2S3 и другие; соединение - FeS · FeO, MnS · MnO и др.);
  1. нитриды (простые - ZrN, TiN, AlN, CeN и др .; составные - Nb (C, N), V (c, N) и др.), которые встречаются в легированных стали и имеет в своем составе сильные нитрид-генерирующие элементы: титан, алюминий, ванадий, церий и другие;
  2. силикаты
  1. оксиды (простой - FeO, MnO, Cr2О3, SiO2, Al2О3, TiO2 и другие; соединение - FeO · Fe2О3, FeO · Al2О3, FeO · Cr2О3, MgO · Al2О3, 2FeO · SiO2 и другие;

Большинство включений в металлах оксиды и сульфиды поскольку содержание фосфор очень маленький. Силикаты очень вредны для стали, особенно если она должна пройти термическую обработку на более поздней стадии.

Обычно нитриды присутствуют в специальных сталях, содержащих элемент с высокой близостью к азот.

По минералогическому составу кислородные включения делятся на следующие основные группы:

К этой группе относятся ферриты, хромиты и алюминаты.

  • силикаты, которые присутствуют в стали как стекло сформированный с чистым SiO2 или SiO2 с примесью оксидов железа, марганца, хрома, алюминия и вольфрама, а также кристаллических силикатов. Силикаты - самая большая группа неметаллических включений. В жидкой стали неметаллические включения находятся в твердом или жидком состоянии. Это зависит от температуры плавления.

По устойчивости неметаллические включения либо стабильны, либо нестабильны. Неустойчивые включения - это те, которые растворяются в разбавленных кислоты (концентрация менее 10%). К нестабильным включениям относятся сульфиды железа и марганца, а также некоторые свободные оксиды.

Современные уровни производства стали позволяют отойти от металла различных включений. Однако в целом содержание включений в различных сталях варьируется в широких пределах и оказывает большое влияние на свойства металла.

Влияние неметаллических включений на свойства стали и сплавов

Современные методы обработки стали и сплав производства не могут получить полностью чистый металл без неметаллических включений. Включения присутствуют в любой стали в большей или меньшей степени в зависимости от смеси и условий производства. Обычно количество неметаллических включений в стали не превышает 0,1%. Однако количество включений в металле очень велико из-за их чрезвычайно малого размера.

Неметаллические включения в стали - посторонние вещества. Они нарушают однородность структуры, поэтому их влияние на механические и другие свойства может быть значительным. Во время деформации, возникающей из-за сплющивания, ковка, и штамповка неметаллические включения могут вызвать трещины и усталостный отказ в стали.

При исследовании влияния неметаллических включений на качество стали большое значение имеют свойства этих включений: размер, форма, химические и физические характеристики. Все эти свойства зависят от химического состава стали, способа ее изготовления. плавка и на определенную марку стали. Эти свойства могут изменяться в широких пределах даже в рамках одного и того же способа производства.

Разработаны и используются различные методы анализа неметаллических включений. Они позволяют с высокой точностью определять содержание, структуру и количество неметаллических включений в стали и сплавах.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вандер Воорт, Джордж Ф. (1984). Металлография, принципы и практика. Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-066970-8.
  2. ^ а б Били, П.Р. (1972). Литейные технологии. Группа Баттерворта. ISBN  0-408-70348-2.