二、鋼中非金屬夾雜物按化學成分分類
鋼中非金屬夾雜物按化學成分詳細分類見圖1,主要分為三類。
圖1 鋼中非金屬夾雜物按化學成分分類圖
1、氧化物系夾雜
簡單氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO和Cu2O等。在鑄鋼中,當用硅鐵或鋁進行脫氧時,夾雜比較常見。在鋼中常常以球形聚集呈顆粒狀成串分布。復雜氧化物,包括尖晶石類夾雜物和各種鈣的鋁酸鹽等以及鈣的鋁酸鹽(圖2)。硅酸鹽夾雜也屬于復雜氧化物夾雜,這類夾雜物有2FeO·SiO2(鐵硅酸鹽)、2MnO·SiO2(錳硅酸鹽)和CaO·SiO2(鈣硅鹽)等(圖3)。這類夾雜物在鋼的凝固過程中,由于冷卻速度較快,某些液態(tài)的硅酸鹽來不及結(jié)晶,其全部或部分以玻璃態(tài)的形式保存于鋼中。
圖2 掃描電鏡下的氧化鋁和鈣的鋁酸鹽夾雜
圖3 掃描電鏡下的硅酸鹽和硫化錳夾雜
2、硫化物系夾雜在金相觀察中選出待定夾雜物后,用電子探險針(EPMA)進行微區(qū)成分分析或者應用掃描電鏡(SEM)自帶能譜分析(EDS)進行成分分析。通??梢詼y定尺寸大于1um的夾雜物的組成元素和大致成分,如果采用個別元素的面掃描還可以得到更為直觀的結(jié)果。圖4是使用掃描電鏡對Q460鋼中的一顆夾雜物進行的面分析圖譜,依次進行硫、錳、硅和鐵四種元素的面掃描,從掃描結(jié)果可以推斷出,明場觀察中夾雜物為MnS、SiO2和FeS,通過能譜儀(EDS)對其進行成分分析,還可直接得到各元素的質(zhì)量分數(shù)。
圖4 夾雜物掃描電鏡面掃描圖
2、光學金相法在光學顯微鏡下利用明視場觀察夾雜物的顏色、形態(tài)、大小和分布;在暗場下觀察夾雜物的固有色彩和透明度;在正交偏振光下觀察夾雜物的各種光學性質(zhì),從而判斷夾雜物類型。根據(jù)夾雜物的分布情況及數(shù)量評定相應的級別,評判其對鋼材性能的影響。目前檢驗和研究鋼中非金屬夾雜物的方法很多,有化學法、巖相法、金相法、電子探針和電子掃描法等。金相法鑒定夾雜物是根據(jù)夾雜物的形貌、分布及其在明場、暗場和偏光下的光學特征(表1),與已知的夾雜物特征對照以確定其類型。必要時可以測定夾雜物的顯微硬度或經(jīng)受化學試劑腐蝕的能力。非金屬夾雜物的金相法鑒定步驟見表2。
表1 常見非金屬夾雜物的光學特征
表2 非金屬夾雜物的金相法鑒定
五、非金屬夾雜物的定量評級
鉻滾動軸承則按照GB/T18524-2002標準進行分類及評級。標準中非金屬夾雜物分脆性夾雜物、塑性夾雜物和點狀不變性夾雜物三類,每類分0.5、1、1.5、…、4共八級標準級別。軸承鋼中非金屬夾雜物含量級別不應大于表3中的規(guī)定。
表3 軸承鋼中非金屬夾雜物允許的級別
為了定量研究夾雜物對性能的影響,需要測定夾雜物的大小及間距的統(tǒng)計分布,在夾雜物較細小時,要在電鏡下進行。定量測定要求測定較多的視場以求得統(tǒng)計分布。自動圖像分析儀的應用可以大大加速測定工作的進程,并獲得較為準確的結(jié)果。
鋼中非金屬夾雜物含量雖然少,但對鋼的性能影響極大,所以必須對它進行定性和定量的檢測。根據(jù)夾雜物在顯微鏡下不同的光學特征,可以定性鑒定鋼中非金屬夾雜物,在結(jié)合有關(guān)標準和相關(guān)微區(qū)成分分析可以定量評定夾雜物的級別,綜合來判定鋼的質(zhì)量,進而找出規(guī)律,改進工藝,盡可能減少有害夾雜物的含量,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
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