Неметалічні включення

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Неметалі́чні вклю́ченняхімічні сполуки металів з неметалами, що знаходяться в сталі та сплавах у вигляді окремих фаз.

Джерела походження включень[ред.ред. код]

Неметалічні включення з'являються через цілий ряд фізико-хімічних явищ, що проходять у розплавленому та твердому металі в процесі його виробництва.

Усі неметалічні включення, що утворюються в результаті тих чи інших реакцій, що мають місце в процесі виробництва металу, зазвичай називають природними. До них відносять оксиди, сульфіди, нітриди та фосфіди.

Окрім природних включень в металі присутні також частинки шлаку, 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 природних включень, в металі відновлюваної плавки присутні також сторонні включення.

Сучасний рівень технології виробництва сталі дозволяє значною мірою видалити із металу природні й сторонні включення. Однак їх загальний вміст у різних сталях коливається у широких межах й значно впливає на властивості металу.

Класифікація неметалічних включень[ред.ред. код]

Неметалічні включення розділяються за хімічним та мінералогічним складом, витривалості та походженню. За своїм хімічним складом неметалічні включення поділяються на такі групи:

  1. Оксиди (прості — FeO, MnO, Cr2O3, SiO2, Al2O3, TiO2 та інші; складні — FeO·Fe2O3, FeO·Al2O3, FeO·Cr2O3, MgO·Al2O3, 2FeO·SiO2 та інші);
  2. Сульфіди (прості — FeS, MnS, Al2S3, CaS, MgS, Zr2S3 та інші; складні — FeS·FeO, MnS·MnO и др.);
  3. Нітриди (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 нітридоутворюючі елементи: титан, Алюміній, Ванадій, Церій та інші;
  4. Фосфіди (Fe3P, Fe2P и др.)

Найбільшу кількість включені в металі складають Оксиди та Сульфіди, бо вміст фосфору низький. Нітриди зазвичай присутні у спеціальних сталях, що містять елементи з високою спорідненістю до азоту.

За мінералогічним складом кисневі включення поділяються на такі основні групи:

  1. вільні Оксиди — FeO, MnO, Cr2O3, SiO2 (Кварц), Al2O3 (Корунд) та інші;
  2. шпінелі — складні Оксиди, що створені дво- та трьовалентними металами. До цієї групи належать ферити, хроміти й алюмінати.
  3. силікати, що присутні в сталі у вигляді скла, утворюються за допомогою чистого SiO2 або SiO2 із домішками у ньому оксидів заліза, марганця, хрому, алюмінію, вольфраму, а також кристалічних силікатів. Силікати створюють найбільшу групу неметалічних включень. У рідкій сталі неметалічні включення знаходяться у твердому або рідкому стані в залежності від їх температури плавлення.

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 рівень 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.

Вплив неметалічних включень на властивості сталі та сплавів[ред.ред. код]

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 відповідно до її складу та умовами виробництва. Звичайно кількість неметалічних включень в сталі не перевищує 0,1%. Однак у зв'язку з їх малими розмірами кількість включень у металі дуже велика.

Неметалічні включення в сталі порушують однорідність її структури, тому їх вплив на механічні та інші властивості 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 являються осередком 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, методу її виплавки й для заданої марки сталі можуть змінюватись у широких межах навіть для однакового способу її виробництва.

Дотепер для аналізу неметалічних включень разроблені 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.

Література[ред.ред. код]

  1. А.П. Гуляев. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6-е изд.,перераб. и дополн. – М: «Металлургия», 1986 – 544 с.
  2. Н.А. Смирнов. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. 2-е изд., дополн. и перераб. – М: «Металлургия», 1985 – 256 с.
  3. Лаборатория металлографии/Под ред.Лившица Б.Г. – М: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1957 – 696 с.

Посилання[ред.ред. код]