
非金屬夾雜物作為獨(dú)立相存在于軸承鋼中,破壞了鋼基體的連續(xù)性,加大了鋼中組織的不均勻性,嚴(yán)重影響了鋼的各種性能。例如,非金屬夾雜物導(dǎo)致應(yīng)力集中,引起疲勞斷裂;數(shù)量多且分布不均勻的夾雜物會(huì)明顯降低鋼的塑性、韌性、焊接性以及耐腐蝕性;鋼中呈網(wǎng)狀存在的硫化物會(huì)造成熱脆性。因此,夾雜物的數(shù)量和分布被認(rèn)定是評(píng)定鋼材質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),并且被列為優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼出廠的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目這一。
1軸承鋼中非金屬夾雜物的來(lái)源分類
1.1 內(nèi)生夾雜物
鋼在冶煉過(guò)程中,脫氧反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氧化物和硅酸鹽等產(chǎn)物,若在鋼液凝固前未浮出,將留在鋼中。溶解在鋼液中的氧、硫、氮等雜質(zhì)元素在降溫和凝固時(shí),由于溶解度的降低,與其他元素結(jié)合以化合物形式從液相或固溶體中析出,最后留在鋼錠中,它是金屬在熔煉過(guò)程中形成的夾雜物。內(nèi)生夾雜物分布比較均勻,顆粒也較小,正確的操作和合理的工藝措施可以減少其數(shù)量和改變其成分、大小和分布情況,但一般來(lái)說(shuō)是不可避免的。
1.2 外來(lái)夾雜物
鋼在冶煉和澆注過(guò)程中懸浮在鋼液表面的爐渣,或由煉鋼爐、出鋼槽和鋼包等內(nèi)壁掉落的耐火材料或其他夾雜物在鋼液凝固前未及時(shí)清除而留于鋼中。它是金屬在熔煉過(guò)程中與外界物質(zhì)接觸發(fā)生作用產(chǎn)生的夾雜物。如爐料表面的砂土和爐襯等與金屬液作用,形成熔渣而滯留在金屬中,其中也包括加入的熔劑。這類夾雜物一般外形不規(guī)則,尺寸比較大等,又稱為粗夾雜。這類夾雜物通過(guò)正確的操作是可以避免的。
2鋼中非金屬夾雜物按化學(xué)成分分類
2.1 氧化物系夾雜
簡(jiǎn)單氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO和Cu2O等。在鑄鋼中,當(dāng)用硅鐵或鋁進(jìn)行脫氧時(shí),夾雜比較常見(jiàn)。在鋼中常常以球形聚集呈顆粒狀成串分布。復(fù)雜氧化物,包括尖晶石類夾雜物和各種鈣的鋁酸鹽等以及鈣的鋁酸鹽。硅酸鹽夾雜也屬于復(fù)雜氧化物夾雜,這類夾雜物有2FeO·SiO2(鐵硅酸鹽)、2MnO·SiO2(錳硅酸鹽)和CaO·SiO2(鈣硅鹽)等。這類夾雜物在鋼的凝固過(guò)程中,由于冷卻速度較快,某些液態(tài)的硅酸鹽來(lái)不及結(jié)晶,其全部或部分以玻璃態(tài)的形式保存于鋼中。
2.2 硫化物系夾雜
主要是FeS、MnS和CaS等。由于低熔點(diǎn)的FeS易形成熱脆,所以一般均要求鋼中要含有一定量的錳,使硫與錳形成熔點(diǎn)較高的MnS而消除FeS的危害。因此鋼中硫化物夾雜主要是MnS。
鑄態(tài)鋼中硫化物夾雜的形態(tài)通常分為3類:
①形態(tài)為球形,這種夾雜物通常出現(xiàn)在用硅鐵脫氧不完全的鋼中;
②在光學(xué)顯微鏡下觀察呈鏈狀的極細(xì)的針狀?yuàn)A雜;
③呈塊狀,外形不規(guī)則,在過(guò)量鋁脫氧時(shí)出現(xiàn)。
2.3 氮化物夾雜
當(dāng)軸承鋼中加入與氮親和力較大的元素時(shí)形成AlN、TiN、ZrN和VN等氮化物。在出鋼和澆鑄過(guò)程中鋼液與空氣接觸,氮化物的數(shù)量顯著增加。
3按夾雜物的塑性變形能力分類
(1)脆性?shī)A物
熱加工時(shí)該類夾雜物形狀和尺寸都不變化,但可能沿加工方向成串排列或呈點(diǎn)鏈狀,屬于這類夾雜物的有Al2O3和Cr2O3。
(2)塑性?shī)A雜物
熱變形時(shí)該類夾雜物具有良好范性,沿變形方向延伸成條帶狀。屬于這類的有硫化物及含SiO2含量較低(40%~60%)的鐵錳硅酸鹽。
(3)球狀不變性?shī)A雜
鑄態(tài)呈球狀,熱加工后保持球狀不變,如SiO2及含SiO2較高(>70%)的硅酸鹽。
(4)半塑性?shī)A雜物
指各種復(fù)相的鋁硅酸鹽夾雜。基體鋁硅酸鹽有塑性,熱加工時(shí)將產(chǎn)生塑性變形,但是其中包含著的析出相,如氧化鋁等是脆性的,加工時(shí)仍保持原狀或只是拉開(kāi)距離。