一.Was sind Einschlüsse?
Nichtmetallische Einschlüsse sind eine Klasse von Bestandteilen in Stahl, die beim Erstarren und Abkühlen von Stahl entstehen und bei der Kalt- und Warmverarbeitung eine Reihe von Veränderungen erfahren. Je nach Herkunft werden Einschlüsse üblicherweise in zwei Kategorien eingeteilt: fremde und endogene Einschlüsse. Sie können auch nach ihrem Verformungsvermögen, ihrer Morphologie und ihrer Verteilung klassifiziert werden. In diesem Abschnitt wird hauptsächlich die Klassifizierung nach Quelle vorgestellt. Entsprechend der Verformungsfähigkeit der nichtmetallischen Einschlussatmosphäre, des spröden Einschlusses Al2O3, des plastischen Einschlusses FeS, MnS und des nicht verformenden Einschlusses SiO2. Klassifizierung nach Morphologie und Verteilung, Klasse A, Klasse B, Klasse C, Klasse D.
1.endogene Inklusion
Beim Schmelzen von Stahl entstehen durch die Desoxidationsreaktion Oxide und andere Produkte. Wenn diese Produkte nicht vor der Erstarrung des flüssigen Stahls entstehen, verbleiben sie im Stahl.
Mn+FeO → Fe+MnO
Si+2FeO → SiO2+2Fe
2Al+3FeO → 3Fe+Al2O3
Ti+2FeO → 2Fe+TiO2
Die im flüssigen Stahl gelösten Verunreinigungselemente wie Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff werden beim Abkühlen und Erstarren bzw. in der festen Lösung ausgeschieden und verbleiben schließlich im Barren. Fast alle von ihnen werden zu Oxiden, Sulfiden, Silikaten usw. Diese Verbindungen werden endogene Einschlüsse genannt.
1) Oxide: Gewöhnliches Aluminiumoxid, ein kleiner unlöslicher, spröder Einschluss mit hoher Härte, der bei der Desoxidation von Aluminium entsteht. Bei der Heißverarbeitung wird es zerkleinert und anschließend verteilen sich die kleinen Partikel in Streifen entlang der Verarbeitungsrichtung, manchmal auch in mehreren Streifen parallel. Diese bandförmigen Oxide verringern die Dauerfestigkeit von Stahl erheblich.
2) Sulfid: Hat eine hohe Plastizität bei hohen Temperaturen, kann bei der Heißverarbeitung durch Verformung gedehnt werden, weist ein breites Spektrum an Formverhältnissen eines einzelnen grauen Einschlusses auf, im Allgemeinen ist das Ende abgerundet. Üblich sind Eisensulfid, Mangansulfid usw., Sulfid verringert die Quereigenschaften von Stahl erheblich.
3) Silikat: Hat eine hohe Plastizität bei hohen Temperaturen, kann sich bei der Heißverarbeitung entlang der Verarbeitungsrichtung ausdehnen, die Form ist rau und zeigt eine Spindelform. Bei den meisten davon handelt es sich um komplexe Einschlüsse.
4) Nitrid: Es hat einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Härte, verformt sich bei der Heißverarbeitung nicht und zeigt unter dem Mikroskop quadratische oder regelmäßige geometrische Formen.
5) punktförmige, nicht verformbare Einschlüsse: Nach der Heißverarbeitung bleibt die regelmäßigere runde oder ovale Form erhalten.
Die Verteilung endogener Einschlüsse ist relativ gleichmäßig und die Partikel sind klein. Durch den richtigen Betrieb und angemessene Prozessmaßnahmen kann die Anzahl verringert und die Zusammensetzung, Größe und Verteilung verändert werden. Dies ist jedoch im Allgemeinen unvermeidlich.
2.Exogener Einschluss
Die beim Schmelzen und Gießen auf der Oberfläche der Stahlschmelze schwebende Schlacke oder die feuerfesten Materialien oder andere Einschlüsse, die von der Innenwand des Stahlofens, der Stahlnut und der Pfanne abplatzen, werden nicht rechtzeitig vor der Erstarrung der Stahlschmelze entfernt Die gemischten feuerfesten Materialien und Schlackenpartikel verändern durch chemische Reaktionen mit der Stahlschmelze ständig ihre Zusammensetzung und Struktur und werden zu Fremdeinschlüssen im Stahl. Es handelt sich um einen Einschluss, der durch die Wechselwirkung zwischen Metallen und externen Substanzen während des Schmelzprozesses entsteht.
Die allgemeinen Merkmale solcher Einschlüsse sind eine unregelmäßige Form, eine relativ große Größe und unregelmäßige Einschlüsse, die auch als grobe Einschlüsse bezeichnet werden. Solche Einschlüsse können bei ordnungsgemäßer Bedienung vermieden werden.
2. Die Wirkung nichtmetallischer Einschlüsse auf Stahl
1.Serviceleistung
Nichtmetallische Einschlüsse sind in der Metallmatrix verteilt, ebenso sind viele Hohlräume geringer Festigkeit im Metall verteilt, und diese Hohlräume werden mit der Verformung des Metalls unter Einwirkung äußerer Kräfte fließen, und die Hohlräume werden durch Nichtmetalleinschlüsse gebildet -Metallische Einschlüsse werden gedehnt und bilden Risse, wodurch die Leistung des Bruchprozesses beeinträchtigt wird (Plastizität, Zähigkeit, Ermüdungsverhalten usw.). Die wichtigsten Erscheinungsformen sind:
Ermüdungseigenschaften ↓
Es wird allgemein angenommen, dass Einschlüsse die Ursache für Stahlermüdungsversagen sind. Spröde Einschlüsse mit schwacher Bindungskraft und großer Größe sowie kugelförmige, nicht verformbare Einschlüsse haben großen Einfluss auf die Ermüdungseigenschaften, und je höher die Festigkeit, desto größer der Schaden, wie in Abb. 1 dargestellt. 5. Wenn sich die Oberfläche des Bauteils bei hochfestem Stahl in einem guten Verarbeitungszustand befindet, wird die Rissinitiierung durch Einschlüsse zur Hauptursache für Ermüdungsrisse. Kleinere Einschlüsse haben möglicherweise nur geringe Auswirkungen auf die Rissbildung, wirken sich jedoch positiv auf die Ausbreitung von Ermüdungsrissen aus.
Nichtmetallische Einschlüsse sind in der Metallmatrix verteilt, ebenso sind viele Hohlräume geringer Festigkeit im Metall verteilt, und diese Hohlräume werden mit der Verformung des Metalls unter Einwirkung äußerer Kräfte fließen, und die Hohlräume werden durch Nichtmetalleinschlüsse gebildet -Metallische Einschlüsse werden gedehnt und bilden Risse, wodurch die Leistung des Bruchprozesses beeinträchtigt wird (Plastizität, Zähigkeit, Ermüdungsverhalten usw.). Die wichtigsten Erscheinungsformen sind:
Ermüdungseigenschaften
Schlagzähigkeit Plastizität
Das Vorhandensein nichtmetallischer Einschlüsse spielt eine wichtige Rolle für die Qualität von Stahl und seinen Produkten. Der Einschluss von Sulfiden führt zu Heißsprödigkeit des Stahls. Im kalten Zustand des Stahls beeinträchtigen diese Einschlüsse dessen Festigkeit und Duktilität. Einige harte kantige Einschlüsse verringern offensichtlich die Querschnittsschrumpfung von Stahl. Nichtmetallische Einschlüsse haben einen größeren Einfluss auf die Zugfestigkeit von Stahl. Ein ausgezeichneter Stahlbruch ist ein plastischer Bruch. Wenn Einschlüsse in der Stahlaggregation oder Einschlüsse entlang der Korngrenzenverteilung vorhanden sind, beginnt der Bruch oft an diesen Stellen, so dass die Festigkeit geringer ist stark reduziert.
2.Verarbeitungseigentum
1) Beim Schmieden und Kaltumformen, Abschrecken, Erhitzen und Schweißen wird das Stahlprodukt entlang der Verteilung der Einschlüsse reißen, da der Einschluss die Kontinuität der Stahlstruktur zerstört, sobald die Zug- oder Scherbeanspruchung auftritt.
2) Die Oberflächenqualität nach dem Walzen und die Oberflächenrauheit der Teile nach dem Schleifen werden verringert.
3. Stärke, Dehnungseinfluss
When the inclusion particles are relatively large (>10μm), insbesondere wenn der Einschlussgehalt gering ist. Die Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl werden offensichtlich verringert. Wenn die Einschlusspartikel bis zu einer bestimmten Größe klein sind (< 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. Quantitative Bewertung nichtmetallischer Einschlüsse
Bei der Klassifizierung nichtmetallischer Einschlüsse in Stahl werden im Allgemeinen Geräte wie optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Energiespektrometer verwendet, um die Arten nichtmetallischer Einschlüsse in Stahl anhand der optischen und morphologischen Eigenschaften nichtmetallischer Einschlüsse zu identifizieren Einschlüsse und bewerten Sie den Grad der Einschlüsse unter Bezugnahme auf relevante Standards (im Allgemeinen gemäß GB/T 10561-2005 „Bestimmung des nichtmetallischen Einschlussgehalts in Stahl“), kombiniert mit den qualitativen und quantitativen Analyseergebnissen des Spektrums der Einschlusszusammensetzung , genaue Bestimmung der Zusammensetzung und Quelle der Einschlüsse, um beim Stranggießen der Stahlherstellung den Produktionsprozess zu verbessern, die Anzahl schädlicher Einschlüsse zu reduzieren, die Reinheit des Stahls zu verbessern und hochwertigen Stahl zu produzieren, um eine wissenschaftliche Grundlage zu schaffen.
Die quantitative Bestimmung gehört zu den Routineprüfpunkten von hochwertigem Stahl und hochwertigem Stahl. Unter der Voraussetzung, dass die Art der Einschlüsse bekannt ist, wird zur Beurteilung der Stahlqualität die Standardmethode zum Sortenvergleich verwendet.
Der GB/T-Standard {{0}} „Bestimmung des Gehalts an nichtmetallischen Einschlüssen in Stahl“ schreibt vor, dass die tatsächliche Fläche 0,5 mm2 und das tatsächliche Sichtfeld 0,71 mm2 im Quadrat beträgt der Ansicht.
JK-Standardbewertung: Einschlüsse werden in die vier Grundtypen A, B, C und D unterteilt, nämlich Sulfide, Aluminiumoxid, Silikate und kugelförmige Oxide.
Entsprechend der Morphologie und Verteilung der Einschlüsse werden die Standardspektren in fünf Kategorien eingeteilt: A, B, C, D und DS. Jeder Einschlusstyp ist in 0.5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 unterteilt, insgesamt sechs Klassen. Je größer die Anzahl der Einschlüsse, desto größer die Anzahl der Einschlüsse, desto größer die Größe . In der Norm GB/T 10561 „Bestimmung des Gehalts an nichtmetallischen Einschlüssen in Stahl“ gibt es auch relevante Bestimmungen für den Abstand zwischen zwei Einschlüssen, um eine falsche Beurteilung zu vermeiden, wenn mehrere Einschlüsse derselben Art im selben Sichtfeld erscheinen.
Klasse A (Sulfide): Ein einzelner grauer Einschluss mit hoher Duktilität und einem breiten Spektrum an Formverhältnissen, im Allgemeinen mit abgerundeten Enden.