Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Неметаллические включения - это химические соединения и неметаллы , которые присутствуют в стали и других сплавах . Они являются продуктом химических реакций, физических воздействий и загрязнений, происходящих в процессе плавления и разливки. Эти включения классифицируются по происхождению как эндогенные или экзогенные. [1] Эндогенные включения, также известные как «коренные», встречаются в металле и являются результатом химических реакций. Эти продукты осаждаются при охлаждении и обычно очень малы. [2] Экзогенные включения вызваны захватом неметаллов. Их размер сильно различается, и их источник может включать шлак , окалину ,остатки флюса и кусочки формы . [2]

Источники образования включений [ править ]

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

Неметаллические включения, возникающие в результате различных реакций в процессе производства металла, называют естественными или коренными. К ним относятся оксиды , сульфиды , нитриды и фосфиды .

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

Большинство включений при восстановительной плавке металла образовалось из-за уменьшения растворимости примеси при охлаждении и затвердевании.

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 [ править ]

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

  1. сульфиды (простые - FeS, MnS, Al 2 S 3 , CaS, MgS, Zr 2 S 3 и другие; соединения - FeS · FeO, MnS · MnO и другие);
  1. нитриды (простые - ZrN, TiN, AlN, CeN и др .; составные - Nb (C, N), V (c, N) и другие), которые встречаются в легированной стали и содержат в своем составе сильные нитридообразующие элементы : титан , алюминий , ванадий , церий и другие;
  2. силикаты
  1. оксиды (простые - FeO, MnO, Cr 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 и др .; составные - FeO · Fe 2 O 3 , FeO · Al 2 O 3 , FeO · Cr 2 O 3 , MgO · Al 2 O 3 , 2FeO · SiO 2 и другие;

Большинство включений в металлах - это оксиды и сульфиды, так как содержание фосфора очень мало. 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 высоким сродством к азоту .

По минералогическому составу кислородные включения делятся на следующие основные группы:

  • Свободные оксиды - FeO, MnO, Cr 2 O 3 , SiO 2 ( кварц ), Al 2 O 3 ( корунд ) и другие.
  • Шпинели - сложные оксиды, образованные двух- и трехвалентными элементами.

К этой группе относятся ферриты, хромиты и алюминаты.

  • силикаты , которые присутствуют в стали как стекло, образованное из чистого SiO 2 или SiO 2 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. Нестабильные включения - это включения, растворяющиеся в разбавленных кислотах (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 [ править ]

Современные методы производства стали и сплавов не позволяют 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, которая происходит в результате правки, ковки и штамповки , неметаллические включения могут вызвать трещины и усталостное разрушение 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 выплавки и марки 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.

См. Также [ править ]

  • Включения из алюминиевого сплава
  • Дефект увлечения
  • Продольная лицевая трещина

Ссылки [ править ]

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