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 включень у 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 вальцювання, ковки, штамповки неметалічні включення, особливо неправильної форми з гострими краями та вуглами, відіграють роль концентраторів напруги та можуть спричинити створення тріщин, що є 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]