一.Co to są inkluzje
Wtrącenia niemetaliczne to klasa składników stali, które powstają podczas krzepnięcia i chłodzenia stali oraz ulegają szeregowi zmian podczas obróbki na zimno i na gorąco. Ze względu na pochodzenie inkluzje dzieli się zwykle na dwie kategorie: obce i endogenne, ale można je również klasyfikować ze względu na ich zdolność do odkształcania, morfologię i rozmieszczenie. W tej sekcji przedstawiono głównie klasyfikację według źródła. Zgodnie ze zdolnością do odkształcania atmosfery wtrąceń niemetalicznych, wtrąceń kruchych Al2O3, wtrąceń plastycznych FeS,MnS i wtrąceń nieodkształcających się,SiO2. Klasyfikacja według morfologii i rozmieszczenia, klasa A, klasa B, klasa C, klasa D.
1. inkluzja endogenna
W procesie wytapiania stali w wyniku reakcji odtleniania powstaną tlenki i inne produkty, jeśli te produkty nie pojawią się przed zestaleniem ciekłej stali, pozostaną w stali;
Mn+FeO → Fe+MnO
Si+2FeO → SiO2+2Fe
2Al+3FeO → 3Fe+Al2O3
Ti+2FeO → 2Fe+TiO2
Pierwiastki zanieczyszczające, takie jak tlen, siarka i azot, rozpuszczone w ciekłej stali, wytrącają się podczas chłodzenia i krzepnięcia lub w roztworze stałym i ostatecznie pozostają we wlewku. Prawie wszystkie stają się tlenkami, siarczkami, krzemianami itp. Związki te nazywane są wtrąceniami endogennymi.
1) Tlenki: Zwykły tlenek glinu, który jest małym, nierozpuszczalnym, kruchym wtrąceniem o wysokiej twardości, powstającym podczas odtleniania aluminium. Rozbija się go podczas obróbki na gorąco, a następnie małe cząstki są rozprowadzane w pasmach wzdłuż kierunku przetwarzania, czasami w kilku pasmach równolegle. Te tlenki pasmowe znacznie zmniejszają wytrzymałość zmęczeniową stali.
2) Siarczek: ma wysoką plastyczność w wysokich temperaturach, może ulegać odkształceniom podczas obróbki na gorąco, ma szeroki zakres proporcji kształtu pojedynczego szarego wtrącenia, z reguły koniec jest zaokrąglony. Powszechne są siarczek żelazawy, siarczek manganu itp. Siarczek znacznie zmniejsza właściwości poprzeczne stali.
3) Krzemian: ma wysoką plastyczność w wysokich temperaturach, może rozciągać się wzdłuż kierunku obróbki podczas obróbki na gorąco, kształt jest szorstki, wykazuje kształt wrzeciona. Większość z nich to złożone inkluzje.
4) azotek: ma wysoką temperaturę topnienia i twardość, nie odkształca się podczas obróbki na gorąco, a pod mikroskopem wykazuje kwadratowe lub regularne kształty geometryczne.
5) punktowe, nieodkształcalne wtrącenia: po obróbce na gorąco nadal zachowuje bardziej regularny okrągły lub owalny kształt.
Rozkład wtrąceń endogennych jest stosunkowo równomierny, a cząstki małe, a prawidłowe działanie i rozsądne środki procesowe mogą zmniejszyć ich liczbę i zmienić ich skład, wielkość i rozkład, ale generalnie jest to nieuniknione.
2. Włączenie egzogenne
Żużel zawieszony na powierzchni roztopionej stali w procesie wytapiania i zalewania lub materiały ogniotrwałe lub inne wtrącenia odpryskujące od wewnętrznej ściany pieca stalowniczego, rowka stalowego i kadzi nie są usuwane na czas przed zakrzepnięciem roztopionej stali, oraz mieszane materiały ogniotrwałe i cząstki żużla ulegają ciągłym zmianom pod względem składu i struktury w wyniku reakcji chemicznej z roztopioną stalą i stają się obcymi wtrąceniami w stali. Jest to wtrącenie powstające w wyniku interakcji pomiędzy metalami i substancjami zewnętrznymi podczas procesu wytapiania.
Ogólną charakterystyką takich wtrąceń jest nieregularny kształt, stosunkowo duży rozmiar i nieregularność, zwana także wtrąceniami grubymi. Takich wtrąceń można uniknąć przy prawidłowej obsłudze.
2.Wpływ wtrąceń niemetalicznych na stal
1.Wykonanie usługi
Wtrącenia niemetaliczne są rozmieszczone w osnowie metalu, tak samo jak wiele pustek o niskiej wytrzymałości jest rozmieszczonych w metalu, a puste przestrzenie te będą płynąć wraz z odkształceniem metalu pod działaniem sił zewnętrznych, a puste przestrzenie utworzone przez nie - wtrącenia metaliczne zostaną rozciągnięte i rozszerzone, tworząc pęknięcia, co będzie miało wpływ na przebieg procesu pękania (plastyczność, wytrzymałość, wytrzymałość zmęczeniową itp.). Główne przejawy to:
Właściwości zmęczeniowe ↓
Powszechnie uważa się, że przyczyną uszkodzeń zmęczeniowych stali są wtrącenia. Wtrącenia kruche o słabej sile wiązania i dużych rozmiarach oraz wtrącenia kuliste, nieodkształcalne mają ogromny wpływ na właściwości zmęczeniowe, a im większa wytrzymałość, tym większa szkoda, jak pokazano na FIG. 5. W przypadku stali o wysokiej wytrzymałości, jeśli powierzchnia elementu jest w dobrym stanie technicznym, inicjacja pęknięcia przez wtrącenia staje się głównym rodzajem pękania zmęczeniowego. Wtrącenia o małych rozmiarach mogą mieć niewielki wpływ na powstawanie pęknięć, ale są korzystne dla propagacji pęknięć zmęczeniowych.
Wtrącenia niemetaliczne są rozmieszczone w osnowie metalu, tak samo jak wiele pustek o niskiej wytrzymałości jest rozmieszczonych w metalu, a puste przestrzenie te będą płynąć wraz z odkształceniem metalu pod działaniem sił zewnętrznych, a puste przestrzenie utworzone przez nie - wtrącenia metaliczne zostaną rozciągnięte i rozszerzone, tworząc pęknięcia, co będzie miało wpływ na przebieg procesu pękania (plastyczność, wytrzymałość, wytrzymałość zmęczeniową itp.). Główne przejawy to:
Właściwości zmęczeniowe
Udarność Plastyczność
Istnienie wtrąceń niemetalicznych odgrywa ważną rolę w jakości stali i jej wyrobów. Wtrącenia siarczków powodują kruchość stali na gorąco. W stanie zimnym stali wtrącenia te wpływają na jej wytrzymałość i ciągliwość. Niektóre twarde wtrącenia kątowe w oczywisty sposób zmniejszają skurcz przekroju stali. Większy wpływ na wytrzymałość stali na rozciąganie mają wtrącenia niemetaliczne, doskonałym pękaniem stali jest pękanie plastyczne, gdy w stali występują wtrącenia lub wtrącenia wzdłuż granicy ziaren, pękanie często zaczyna się od tych miejsc, przez co wytrzymałość jest znacznie zmniejszona.
2.właściwość przetwarzania
1) W procesie kucia i obróbki na zimno, hartowania, ogrzewania i spawania, ponieważ wtrącenie niszczy ciągłość konstrukcji stalowej, po wystąpieniu naprężenia rozciągającego lub naprężenia ścinającego wyrób stalowy pęknie wzdłuż rozkładu wtrąceń.
2) Jakość powierzchni po walcowaniu i chropowatość powierzchni części po szlifowaniu ulegają zmniejszeniu.
3. Siła, wpływ wydłużenia
When the inclusion particles are relatively large (>10 μm), zwłaszcza gdy zawartość wtrąceń jest niska. Granica plastyczności i wytrzymałość stali na rozciąganie są wyraźnie obniżone. Gdy cząstki inkluzyjne są małe do pewnego rozmiaru (< 10μm), the yield strength and tensile strength of the steel will be increased. When the number of small particles dispersed in the steel inclusions increases. The yield strength and tensile strength of steel are increased, but the elongation has a small decrease.
3.Ilościowa ocena wtrąceń niemetalicznych
Podczas klasyfikacji wtrąceń niemetalicznych w stali, ogólnie rzecz biorąc, sprzęt taki jak mikroskopia optyczna, skaningowa mikroskopia elektronowa i spektrometr energetyczny będą wykorzystywane do identyfikacji rodzajów wtrąceń niemetalicznych w stali zgodnie z właściwościami optycznymi i morfologicznymi niemetali wtrąceń i ocenić poziom wtrąceń w odniesieniu do odpowiednich norm (ogólnie według GB/T 10561-2005 „Oznaczanie zawartości wtrąceń niemetalicznych w stali”), w połączeniu z wynikami analizy jakościowej i ilościowej widma składu wtrąceń , dokładnie określić skład i źródło wtrąceń, do ciągłego odlewania stali w celu ulepszenia procesu produkcyjnego, zmniejszenia liczby szkodliwych wtrąceń, poprawy czystości stali i wyprodukowania wysokiej jakości stali w celu zapewnienia podstaw naukowych.
Oznaczanie ilościowe jest jednym z rutynowych elementów kontroli stali wysokiej jakości i stali wysokiej jakości. Pod warunkiem, że znany jest rodzaj wtrąceń, do oceny jakości stali stosuje się standardową metodę porównawczą.
Norma GB/T {{0}} „Oznaczanie zawartości wtrąceń niemetalicznych w stali” określa, że rzeczywista powierzchnia wynosi 0,5 mm2, a rzeczywiste pole widzenia wynosi 0,71 mm2 kwadratowego pola widoku.
Standardowa ocena JK: Wtrącenia dzielą się na cztery podstawowe typy A, B, C i D, którymi są siarczki, tlenek glinu, krzemiany i tlenki sferyczne.
Zgodnie z morfologią i rozkładem wtrąceń widma standardowe dzieli się na pięć kategorii: A, B, C, D i DS. Każdy typ wtrąceń jest podzielony na 0.5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, w sumie sześć stopni, im większa liczba stopni, co oznacza, że im większa liczba wtrąceń, tym większy rozmiar . W normie GB/T 10561 „Oznaczanie zawartości wtrąceń niemetalicznych w stali” znajdują się również odpowiednie postanowienia dotyczące odstępu między dwoma wtrąceniami, aby uniknąć błędnej oceny wielokrotnych wtrąceń tego samego typu pojawiających się w tym samym polu widzenia.
Klasa A (siarczki): Pojedyncza szara inkluzja o dużej ciągliwości i szerokim zakresie współczynników kształtu, zwykle mająca zaokrąglone końce.