夹杂物及其物相分析

10.11.2020 加工和热处理过程中的相变h
摘自钟云波报告 10
根据成分不同，夹杂物可分为
• 氧化物夹杂，即 FeO、MnO、SiO2、Al2O3 、Cr2O3等 简单的氧化物；
• FeO-Fe2O3 、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和各 种钙铝的复杂氧化物；
• 2FeO-SiO2，、2MnO-SiO2、 3MnO-Al2O3-2SiO2等硅 酸盐；
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3物相分析
相概念
一、相的概念 表示一种存在状态，独立组元，是指体系中性质和成分均匀 一致的部分物质 即在合金或熔渣中具有相同的化学成分和聚集状态并以界面 分开的均匀组成部分。 实际材料中的相，可以是平衡的，也可以是不平衡的。
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研究任务和研究意义
成分分 析
结构分 析
研究相的大小、形态、分布、数量和 性质等 金相法、岩相法、透射电子显微镜和 扫描电镜 研究相的化学组成和含量
常规化学分析、光谱分析、X射线荧 光分析、X射线电子光谱、电子探针 等 研究晶体结构、晶体学参数等
10.11.2X0射20 线衍射、电子衍射分h 子和中子衍
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射分析
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➢物相分析的任务在于正确鉴定和表征材料 中各种相的形态、结构和组成 ➢各相的形成和变化对材料制备和加工过程 中的物理化学变化密切相关，直接影响材 料的性能和质量。 ➢物相分析对于研究冶金反应机理，探索新 的制造工艺，提高材料质量和研制新材料 有着重要意义
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二、物相分析方法
形貌分 析
钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产 生的。
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夹杂物中钢中的好作用
在易切削钢中，硫化物可用来改善切削加工性； 细小弥散分布的MnS、AlN可阻止硅钢初生晶粒长大， 促进硅钢二次再结晶，提高硅钢磁性。
消除和控制有害夹杂，创造和利用有益夹 杂，成为改进操作工艺，提高材料质量的 重要研研究课题。
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ZrB2
×20000
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显微分析法
•金相法 •显微硬度法 •化学腐蚀法 •岩相法
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启示 不同的物相分析方法把人的感觉器官延伸到微观领域里
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显微镜下 的奇妙世
界
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摘自钟云波报告
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钢帘线
• 是橡胶骨架材料中发展最为广阔的产品，也是 在金属制品中生产难度最大的产品。国际合成 纤维标准化局在标准中对钢帘线的定义是： “由两根或两根以上钢丝组成的，或者由股与 股的组合或者由股与丝的组合所形成的结构。”
• 钢帘线是随子午线轮胎的发展而发展的，而子 午线轮胎又是汽车工业和高速公路的伴生物。
第17章 夹杂物及物相分析
李桂荣
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1 研究意义
提高钢水洁净度的潜在效益： 日本新日铁的洁净钢价格为707美元/吨； 我国先进企业的洁净钢价格仅为295美元/吨； 我国2002年的钢产量已超过2亿吨。
摘自钟云波报告
钢帘线要求氧化铝夹杂的尺寸小于10～15μm 才能满足拉丝过程中20万米无断头的要求！
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显微分析方法分类：按照照明源性质 和照明方式
光学显微镜
扫描电子显微镜
透射电子显微镜
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方法一、金相法
金相法是借助金相显微镜，根据物相在明视场、暗视场和 正交偏振光光路下的物理光学和化学性质，对照已知物相 性质表，达到鉴别分析物相的目的。
能直接观察到夹杂物在金属材料中的分布、形状、大小和 数量，并根据不同夹杂不同光学力学和化学性质的不同， 对夹杂物作出定性半定性的结论；采用偏振光照明时，我 们可以辨明夹杂物的透明度与色彩、夹杂物的各向同性与 各向异性以及球状夹杂物的“黑十字”特征和“同心圆"的 特征。
• 传统的斜交胎是用纤维（如聚酯帘线、尼 龙帘线）作为骨架材料的，而新型的子午线轮 胎则选用钢帘线作为骨架材料。
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夹杂物概念
1.概念:金属材料中第夹杂物广义解释为金属内部 含有的全部微细组织结构,包括氧化物、硫化物 和氮化物等
2.夹杂物中钢中的作用
3.弊端：夹杂破坏 了金属基体的连续性，其聚集 地方容易引起应力集中，降低力学及加工性能。
4.夹杂造成材料和应力的不均匀性，常常会降低钢 的耐蚀性及电磁性能。
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3. 夹杂物分类表:
表17-1 夹杂物分类表
分类依据 化学组成
化学稳定性
塑性 夹杂大小
简单氧化物Al2O3、SiO2 复杂氧化物(CaO.Al2O3)、硅酸盐及硅酸盐玻璃等 不稳定夹杂：易溶于稀酸，甚至在水中就能溶解 稳定夹杂物：只有在热浓酸中才能溶解 脆性夹杂&塑性夹杂 超显微夹杂：直径小于0.2um
显微夹杂：0.2～100um
大型夹杂:直径大于100um
夹杂物来源 原材料带来的夹杂或熔化过程中产生的夹杂
冶炼浇注过程中钢水炉渣和耐火材料相互作用产生的夹杂
脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，即脱氧产物
出钢浇注过程中，钢水和空气接触氧化或者氮化形成二次氧化 氮化产物；同时钢水温度降低，造成造成O、S和N等元素溶解 度降低，形成夹杂的各种放热反应遭到破坏，使得反应向继续 生成夹杂的方向移动
由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响， 因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低 钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。
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内生夹杂：
• 脱氧时的脱氧产物； • 钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降
而以非金属夹杂形式出现的生成物； • 凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物； • 固态钢相变溶解度变化生成的产物。
• 硫化物夹杂，如FeS、MnS、CaS等；
• 氮化物夹杂，如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。
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• 按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂，它是在热加工时， 沿加工方向延伸成条带状；脆性夹杂，它是完全不具有塑 性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；点 状不变性夹杂，如SiO2超过70%的硅酸盐，CaS、钙的铝 硅酸盐等。