Неметаллические включения
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2011 г. ) |
Неметаллические включения – это химические соединения и неметаллы , присутствующие в стали и других сплавах . Они являются продуктом химических реакций, физических воздействий и загрязнений, возникающих в процессе плавления и разливки. По происхождению эти включения делятся на эндогенные и экзогенные. [1] Эндогенные включения, также известные как коренные, возникают внутри металла и являются результатом химических реакций. Эти продукты выпадают в осадок при охлаждении и обычно имеют очень малый размер. [2] Экзогенные включения вызваны захватом неметаллов. Их размер сильно различается, а их источником могут быть шлак , окалина , остатки флюса и куски формы . [2]
Источники образования включений
[ редактировать ]Неметаллические включения возникают в результате многих физико-химических эффектов, происходящих в расплавленном и затвердевшем металле в процессе производства.
Неметаллические включения, возникающие в результате различных реакций при производстве металлов, называются природными или коренными. Они включают оксиды , сульфиды , нитриды и фосфиды .
Помимо природных включений в металле присутствуют также частички шлака , огнеупоров , материала литейной формы (материала, с которым металл контактирует в процессе производства). Такие неметаллические включения называются инородными, случайными или экзогенными.
Большинство включений при восстановительной выплавке металла образуется вследствие снижения растворимости примесей 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 оказывает большое влияние на свойства металла.
Классификация неметаллических включений
[ редактировать ]Неметаллические включения, наличие которых определяет чистоту стали, классифицируют по химическому и минералогическому составу, стойкости и происхождению. По химическому составу неметаллические включения делятся на следующие группы:
- сульфиды (простые — FeS, MnS, Al 2 S 3 , CaS, MgS, Zr 2 S 3 и др.; сложные — FeS·FeO, MnS·MnO и др.);
- нитриды (простые — ZrN, TiN, AlN, CeN и др.; сложные — Nb(C, N), V(c, N) и др.), которые встречаются в легированной стали и имеют в своем составе сильные нитридобразующие элементы. : титан , алюминий , ванадий , церий и другие;
- силикаты
- оксиды (простые — FeO, MnO, Cr 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 и другие; сложные — 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 представляют собой оксиды и сульфиды , поскольку содержание фосфора очень мало. Силикаты очень вредны для стали, особенно если на более позднем этапе ей приходится подвергаться термической обработке.
Обычно нитриды присутствуют в специальных сталях, содержащих элемент с высоким сродством к азоту .
По минералогическому составу кислородные включения делят 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.
В эту группу входят ферриты, хромиты и алюминаты.
- силикаты , которые присутствуют в стали в виде стекла, образованного чистым 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 бывают устойчивыми и неустойчивыми. Нестабильными являются включения, растворяющиеся в разбавленных кислотах (концентрация менее 10%). Нестабильные включения представлены сульфидами железа и марганца, а также некоторыми свободными оксидами.
Современный уровень производства стали позволяет удалить из металла различные включения. 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
[ редактировать ]Современные методы производства стали и сплавов не позволяют получить полностью чистый металл без каких-либо 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 являются посторонними веществами. Они нарушают однородность структуры, поэтому их влияние на механические и другие свойства может быть значительным. Во время деформации, возникающей при правке, ковке и штамповке , 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 конкретной марки стали. Эти свойства могут изменяться в широких пределах даже в пределах одного и того же способа производства.
Разработаны и применяются различные методы анализа неметаллических включений. Они позволяют с высокой точностью определять содержание, структуру и количество неметаллических включений в стали и сплавах.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вандер Воорт, Джордж Ф. (1984). Металлография, Принципы и практика . МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-066970-8 .
- ^ Перейти обратно: а б Били, PR (1972). Литейная технология . Группа Баттерворта. ISBN 0-408-70348-2 .