鋼(gang)(gang)在冶煉、澆注中(zhong)不可避(bi)免的(de)(de)(de)(de)會形(xing)成夾(jia)(jia)雜(za)(za),鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)對材料(liao)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)主要取決于(yu)(yu)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀、尺寸、類型、分布(bu)、數(shu)(shu)量以(yi)及(ji)與鋼(gang)(gang)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)結合方(fang)式等。夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)在鋼(gang)(gang)中(zhong)是以(yi)不同(tong)于(yu)(yu)基體(ti)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)額外相存在的(de)(de)(de)(de),它能(neng)將完整的(de)(de)(de)(de)組織分割開,使(shi)鋼(gang)(gang)中(zhong)組織變(bian)得(de)不均勻,影(ying)響(xiang)材料(liao)最終的(de)(de)(de)(de)使(shi)用性(xing)(xing)能(neng)。一方(fang)面它同(tong)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)模量不同(tong),當外加應力(li)作(zuo)用時(shi)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)相當于(yu)(yu)基體(ti)缺陷,在其周(zhou)圍容易形(xing)成應力(li)集(ji)中(zhong);另(ling)一方(fang)面,夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)熱膨(peng)脹系(xi)數(shu)(shu)與基體(ti)材料(liao)有不同(tong),因(yin)而兩者在冷(leng)卻(que)時(shi)收縮程度會有差(cha)異,容易在鋼(gang)(gang)中(zhong)形(xing)成較(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)縮孔,降低材料(liao)抗疲(pi)勞性(xing)(xing)能(neng)。數(shu)(shu)量較(jiao)多(duo)且(qie)分布(bu)混亂的(de)(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)明顯降低鋼(gang)(gang)最終的(de)(de)(de)(de)使(shi)用性(xing)(xing)能(neng),如韌性(xing)(xing)、塑性(xing)(xing)、焊接(jie)性(xing)(xing)和耐腐蝕性(xing)(xing)等,特別是沿(yan)晶界析出(chu)的(de)(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)和團簇狀的(de)(de)(de)(de)Al2O3大(da)夾(jia)(jia)雜(za)(za)對鋼(gang)(gang)中(zhong)組織和性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)破壞(huai)性(xing)(xing)更大(da)。
材料中(zhong)夾(jia)雜物的形(xing)成(cheng)機(ji)理主要是夾(jia)雜物先以異質點(dian)為核心獨立(li)形(xing)核、長(chang)大(da),同時(shi)在長(chang)大(da)過程中(zhong),由于各個質點(dian)、元(yuan)素表面活性不同,會(hui)發生相互吸引、靠(kao)攏,最終合(he)并長(chang)成(cheng)大(da)尺寸的夾(jia)雜物。
試樣中(zhong)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物形態主要以橢圓形和紡錘(chui)形存在,能(neng)譜儀的元(yuan)素分析表(biao)明該夾(jia)(jia)雜(za)(za)物主要由(you)(you)S、O、Mn、Al 等元(yuan)素組(zu)成,進一(yi)步推斷(duan)試驗(yan)鋼基體中(zhong)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物的 MnS、Al2O3夾(jia)(jia)雜(za)(za),此外可能(neng)還有含有 Ti 元(yuan)素的夾(jia)(jia)雜(za)(za)物出現,推斷(duan)可能(neng)以TiS、TiO 的混合夾(jia)(jia)雜(za)(za)物。總(zong)之,照片中(zhong)觀察到的夾(jia)(jia)雜(za)(za)物并不(bu)是由(you)(you)單一(yi)的化合物組(zu)成,而是由(you)(you)MnS、Al2O3、TiS、TiO 組(zu)成的復合夾(jia)(jia)雜(za)(za)物。
研究顯示,當鋼中(zhong)Mn 含量較(jiao)高時(shi)(shi),硫化物夾雜(za)(za)主(zhu)要是以MnS(或MnS 和FeS)的(de)(de)形(xing)式存(cun)在(zai)(zai)(zai)。并(bing)按其特征可以分為以下(xia)三種(zhong):第(di)一種(zhong)是在(zai)(zai)(zai)含氧量較(jiao)高的(de)(de)情況(kuang)下(xia)形(xing)成(cheng),這種(zhong)MnS 夾雜(za)(za)在(zai)(zai)(zai)鑄態中(zhong)以球(qiu)狀(zhuang)分布(bu),且(qie)加(jia)(jia)工(gong)塑性較(jiao)低(di);第(di)二(er)種(zhong) MnS 夾雜(za)(za)沿晶(jing)(jing)界分布(bu),在(zai)(zai)(zai)加(jia)(jia)工(gong)時(shi)(shi)容(rong)易沿著加(jia)(jia)工(gong)方向(xiang)拉長;第(di)三種(zhong)MnS 夾雜(za)(za)主(zhu)要形(xing)成(cheng)在(zai)(zai)(zai)加(jia)(jia)有過量鋁(脫氧劑)的(de)(de)鋼中(zhong),此時(shi)(shi)MnS會呈現復雜(za)(za)形(xing)狀(zhuang)分布(bu),這種(zhong)夾雜(za)(za)加(jia)(jia)工(gong)時(shi)(shi)塑性較(jiao)好。通(tong)常(chang)第(di)二(er)種(zhong) MnS 夾雜(za)(za)對材料的(de)(de)綜(zong)合性能影(ying)響最(zui)大,因(yin)此,在(zai)(zai)(zai)鋼中(zhong)要盡量避免第(di)二(er)種(zhong)MnS 夾雜(za)(za)在(zai)(zai)(zai)晶(jing)(jing)界的(de)(de)分布(bu)。
添加(jia)稀土(tu)后夾雜(za)物(wu)發生(sheng)明(ming)顯變化,形(xing)態由原來的(de)橢圓形(xing)和(he)紡錘形(xing)變為近(jin)球形(xing),另外能(neng)譜儀(yi)分析(xi)結(jie)果發現,原先存在的(de)MnS、Al2O3和(he)含Ti 的(de)一些(xie)夾雜(za)物(wu)沒有找(zhao)到,轉(zhuan)而代替(ti)的(de)是(shi)稀土(tu)硫化物(wu)和(he)稀土(tu)硫氧化物(wu)。
稀土(tu)(tu)夾(jia)雜物(wu)在(zai)形成過(guo)程(cheng)中(zhong)首(shou)先(xian)是以先(xian)析出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)點較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化物(wu)、硫化物(wu)作為形核(he)質(zhi)點,稀土(tu)(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性很大,會有部分稀土(tu)(tu)逐漸吸(xi)附(fu)到(dao)這(zhe)個(ge)硬質(zhi)核(he)心(xin)表面,另外,化學位梯度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai),致使晶核(he)與其(qi)周(zhou)圍存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)稀土(tu)(tu)原子(zi)產生濃度(du)差,進一步(bu)加(jia)強了稀土(tu)(tu)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散,有利于稀土(tu)(tu)原子(zi)向硬質(zhi)核(he)心(xin)處移動,通過(guo)不斷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)引、靠攏、融合(he),最(zui)終形成稀土(tu)(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧硫化物(wu)。另外夾(jia)雜物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺寸與稀土(tu)(tu)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚集量有關,稀土(tu)(tu)元(yuan)素(su)(su)越(yue)多,吸(xi)附(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)他(ta)雜質(zhi)元(yuan)素(su)(su)就(jiu)多,稀土(tu)(tu)元(yuan)素(su)(su)少(shao)(shao),吸(xi)附(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)他(ta)元(yuan)素(su)(su)也就(jiu)越(yue)少(shao)(shao)。試(shi)驗所用(yong)鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大部分稀土(tu)(tu)夾(jia)雜物(wu)由于稀土(tu)(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量并(bing)不很多,于是夾(jia)雜物(wu)尺寸也比較(jiao)合(he)理(li)。另外,細(xi)小且彌散的(de)(de)(de)(de)(de)(de)稀土(tu)(tu)夾(jia)雜物(wu)可以顯著提高材(cai)料(liao)抗腐蝕性能(neng),尤其(qi)對緩解點狀腐蝕對材(cai)料(liao)性能(neng)破壞有顯著效果。
對于(yu)(yu)鋼(gang)中的(de)夾(jia)(jia)雜(za)物,國內外(wai)研(yan)究人員主要(yao)是針對夾(jia)(jia)雜(za)物的(de)種類、形貌、數量(liang)等研(yan)究較多,而對于(yu)(yu)夾(jia)(jia)雜(za)物的(de)分布特點最(zui)近幾年研(yan)究比較少,文中利(li)用水浴(yu)加(jia)熱將試樣用飽(bao)和(he)苦味酸溶液侵蝕(shi),顯示奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)晶界后,在利(li)用掃描(miao)電(dian)鏡觀察夾(jia)(jia)雜(za)物,分析試樣鋼(gang)中夾(jia)(jia)雜(za)物與奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)晶界位置關系。
晶(jing)(jing)(jing)界在鋼中(zhong)處(chu)于比較(jiao)特(te)殊的(de)(de)(de)地位。相對(dui)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)內(nei)部結構特(te)征(zheng)而(er)言,晶(jing)(jing)(jing)界上(shang)(shang)原子排列(lie)比較(jiao)混亂,存在有(you)大量缺陷;同時(shi),晶(jing)(jing)(jing)界能量較(jiao)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)內(nei)部高(gao),活動能量強,而(er)且(qie)最容易(yi)受到侵蝕;另外,晶(jing)(jing)(jing)界也是鋼中(zhong)合金元(yuan)素(su)容易(yi)富集的(de)(de)(de)位置,理論上(shang)(shang)雜質物在晶(jing)(jing)(jing)界處(chu)比較(jiao)容易(yi)生(sheng)成。晶(jing)(jing)(jing)界往往是材料(liao)中(zhong)結構、能量、成分(fen)起伏變化較(jiao)大的(de)(de)(de)位置,晶(jing)(jing)(jing)界的(de)(de)(de)特(te)性(xing)對(dui)鋼中(zhong)組織轉變和最終力學性(xing)能都有(you)顯著(zhu)的(de)(de)(de)影響。
對于元素(su)在(zai)(zai)晶界(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)富集理論,國內外(wai)專(zhuan)家都(dou)有(you)(you)過(guo)(guo)深入的(de)研究(jiu),其(qi)(qi)中一(yi)些具有(you)(you)代表性的(de)理論已被人(ren)們所(suo)熟知和(he)(he)接(jie)受。一(yi)般(ban)來講,元素(su)在(zai)(zai)晶界(jie)(jie)(jie)(jie)偏(pian)聚(ju)有(you)(you)平衡(heng)和(he)(he)非平衡(heng)兩(liang)類:溶質(zhi)原子存在(zai)(zai)于晶界(jie)(jie)(jie)(jie)上(shang),并(bing)在(zai)(zai)晶界(jie)(jie)(jie)(jie)上(shang)產生(sheng)富集或(huo)者貧化現象,稱之為(wei)平衡(heng)偏(pian)聚(ju),其(qi)(qi)行為(wei)屬于熱力(li)學(xue)范疇;而非平衡(heng)偏(pian)聚(ju)則是指外(wai)界(jie)(jie)(jie)(jie)因素(su)變(bian)化而產生(sheng)的(de)過(guo)(guo)飽(bao)和(he)(he)的(de)點缺(que)陷和(he)(he)雜質(zhi)的(de)混合(he)體,所(suo)以非平衡(heng)偏(pian)聚(ju)是動力(li)學(xue)過(guo)(guo)程。元素(su)偏(pian)聚(ju)主要對晶界(jie)(jie)(jie)(jie)產生(sheng)三方面的(de)作用(yong):晶界(jie)(jie)(jie)(jie)擴散、晶界(jie)(jie)(jie)(jie)能(neng)和(he)(he)晶界(jie)(jie)(jie)(jie)應力(li)。這(zhe)三種作用(yong)同(tong)時也是微量元素(su)的(de)基本作用(yong),材料(liao)中出現的(de)晶界(jie)(jie)(jie)(jie)滑移、晶界(jie)(jie)(jie)(jie)斷裂等都(dou)與這(zhe)三種作用(yong)有(you)(you)直接(jie)聯系。
稀(xi)(xi)土由于其特(te)殊的物(wu)(wu)理化(hua)(hua)學特(te)性,在鋼(gang)中添加稀(xi)(xi)土后會(hui)明顯改(gai)變(bian)鋼(gang)中夾雜物(wu)(wu)的種(zhong)類,使其轉變(bian)為稀(xi)(xi)土氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)、稀(xi)(xi)土硫氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)、稀(xi)(xi)土硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)等(deng)稀(xi)(xi)土類夾雜,除此之外,在鋼(gang)中添加稀(xi)(xi)土還(huan)可以明顯改(gai)變(bian)鋼(gang)中夾雜物(wu)(wu)的分布(bu)。
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