Неметалічні включення
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Неметалі́чні вклю́чення — це хімічні сполуки металів з неметалами, що знаходяться в сталі та сплавах у вигляді окремих фаз.
Зміст |
[ред.] Джерела походження включень
Неметалічні включення з'являються через цілий ряд фізико-хімічних явищ, що проходять у розплавленому та твердому металі в процессі його виробництва.
Усі неметаллічні включення, що утворюються в результаті тих чи інших реакцій, що мають місце в процесі виробництва металу, зазвичай називають природніми. До них відносять оксиди, сульфіди, нітріди та фосфіди.
Окрім природніх включень в металі присутні також частинки шлак]]у, вогнетривів, матеріалів ливарної форми, тобто ті речовини, з якими метал безпосередньо контактує у виробництві. Такі неметалічні включення називають сторонніми, або випадковими.
Більшу частину включень в металі відновлюваної плавки складають включення, що утворилися в результаті зниження розчинності домішок при охолодженні та затвердінні металу. Окрім природніх включень, в металі відновлюваної плавки присутні також сторонні включення.
Сучасний рівень технології виробництва сталі дозволяє у значній мірі видалити із металу природні й сторонні включення. Однак їх загальний вміст у різних сталях коливається у широких межах й значно впливає на властивості металу.
[ред.] Класифікація неметалічних включень
Неметалічні включення розділяються за хімічним та мінералогічним складом, витривалості та походженню. За своїм хімічним складом неметалічні включення поділяються на слідуючі групи:
- оксиди (прості — FeO, MnO, Cr2O3, SiO2, Al2O3, TiO2 та інші; складні — FeO·Fe2O3, FeO·Al2O3, FeO·Cr2O3, MgO·Al2O3, 2FeO·SiO2 та інші);
- сульфіди (прості — FeS, MnS, Al2S3, CaS, MgS, Zr2S3 та інші; складні — FeS·FeO, MnS·MnO и др.);
- нітріди (прості — ZrN, TiN, AlN, CeN та інші; складні — Nb(C, N), V(c, N) та інші), що зустрічаються у легованих сталях, мають у своєму складі потужні нітрідоутворюючі елементи: титан, алюміній, ванадій, церій та інші;
- фосфіди (Fe3P, Fe2P и др.)
Наибільшу кількість включені в металі складають оксиди та сульфіди, бо вміст фосфору низький. Нітріди зазвичай присутні у спеціальних сталях, що містять елементи з високою спорідненістю до азоту.
За мінералогічним складом кисневі включення поділяються на такі основні групи:
- вільні оксиди — FeO, MnO, Cr2O3, SiO2 (кварц), Al2O3 (корунд) та інші;
- шпінелі — складні оксиди, що створені дво та трьовалентними металами. До цієї групи належать ферити, хроміти й алюмінати.
- силікати, що присутні в сталі у вигляді скла, утворяються за допомогою чистого SiO2 або SiO2 із домішками у ньому оксидів заліза, марганця, хрому, алюмінію, вольфраму, а також кристалічних силікатів. Силікати створяють найбільшу групу неметалічних включень. У рідкій сталі неметалічні включення знаходяться у твердому або рідкому стані в залежності від їх температури плавління.
За витривалістю неметалічні включення поділяють на стійкі та нестійкі. До нестійких належать включення, що розчиняються у розбавлених кислотах не більш 10%-ної концентрації. Нестійкими є сульфіди заліза й марганця, а також деякі вільні оксиди.
Сучасний ріень виробництва сталі дозволяє у значній мірі видалити з металу різні включення. Однак загальний їх вміст у різних сталях коливається в широких межах й значно впливає на властивості метала.
[ред.] Вплив неметалічних включень на властивості сталі та сплавів
Сучасні способи виробництва сталі та сплавів не надають можливості отримати метал, що не має неметалічних включень. Більша чи менша кількість включень існує у будь-якій сталі у відповідності до її складу та умовами виробництва. Звичайно кількість неметалічних включень в сталі не перевищує 0,1%. Однак у зв'язку з їх малими розмірами кулькість включень у металі дуже велика.
Неметалічні включення в сталі порушують однорідність її структури, тому їх вплив на механічні та інші властивочті може бути значним. При деформації у процесі прокатки, ковки, штамповки неметалічні включення, особливо неправильної форми з гострими краями та вуглами, відіграють роль концентраторів напруги та можуть спричинити створення тріщин, що являютьсяосередком наступного руйнування сталі.
Вирішальне значення при вивченні впливу неметалічних включень на якість сталі мають їх властивості: розмір, форма, хімічні та фізичні характеристики, а також характер розташування по відношенню до зерна литого металу. Вказані властивості включень залежать від хімічного складу сталі, метода її виплавки й для заданої марки сталі можуть змінюватись у широких межах навіть для однакового способу її виробництва.
До теперішнього часу для анализа неметалічних включень разроблено та широко використовуються різні методи, що дозволяють з великою точністю визначити склад, структуру и вміст неметалічних включень у сталі й сплавах як з виділенням їх із металу, так і в твердому металі.
[ред.] Література
- А.П. Гуляев. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6-е изд.,перераб. и дополн. – М: «Металлургия», 1986 – 544 с.
- Н.А. Смирнов. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. 2-е изд., дополн. и перераб. – М: «Металлургия», 1985 – 256 с.
- Лаборатория металлографии/Под ред.Лившица Б.Г. – М: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1957 – 696 с.
[ред.] Посилання
Металург - щотижневик ВАТ «Мiттал Стiл Кривий Рiг»
Метали та сплави: Довідник (рос.)
Сайт професійного інформаційного товариства металургів (англ.)

