Что такое неметаллические включения
Неметаллические включения
Неметаллические включения — химические соединения металлов с неметаллами, находящиеся в стали и сплавах в виде отдельных фаз.
Содержание
Источники образования включений
Неметаллические включения возникают в результате целого ряда физико-химических явлений, протекающих в расплавленном и затвердевающем металле в процессе его производства.
Все неметаллические включения, образующиеся в результате тех или иных реакций, имеющих место в процессе производства металла, обычно называют природными. К ним относятся оксиды, сульфиды, нитриды и фосфиды.
Кроме природных включений в металле присутствуют также частицы шлака, огнеупоров, материалов литейной формы, то есть те вещества, с которыми металл непосредственно соприкасается в ходе производства. Подобного рода неметаллические включения называют посторонними, или случайными.
Основную массу включений в металле восстановительной плавки составляют включения, образующиеся в результате снижения растворимости примесей при охлаждении и затвердении металла. Кроме природных включений, в металле восстановительной плавки присутствуют также посторонние включения.
Современный уровень технологии производства стали позволяет в значительной мере удалить из металла различные включения. Однако общее содержание их в различных сталях колеблется в широких пределах и значительно влияет на свойства металла.
Классификация неметаллических включений
Неметаллические включения разделяют по химическому и минералогическому составу, стойкости и происхождению. По своему химическому составу неметаллические включения делятся на следующие группы:
Наибольшее количество включений в металлах составляют оксиды и сульфиды, так как содержание фосфора низкое. Нитриды обычно присутствуют в специальных сталях, имеющих в своем составе элементы с высоким сродством к азоту.
По минералогическому составу кислородные включения делятся на следующие основные группы:
По стойкости неметаллические включения разделяют на устойчивые и неустойчивые. К неустойчивым относят включения, которые растворяются в разбавленных кислотах не более 10%-ной концентрации. Неустойчивыми являются сульфиды железа и марганца, а также некоторые свободные оксиды.
Влияние неметаллических включений на свойства стали и сплавов
Современные способы производства стали и сплавов не дают возможности получить металл, не содержащий неметаллических включений. Большее или меньшее количество включений существует в любой стали в соответствии с её составом и условиями производства. Обычно количество неметаллических включений в стали не превышает 0,1 %. Однако в связи с их малыми размерами число включений в металле очень велико.
Неметаллические включения в стали являются инородными телами, нарушающими однородность её структуры, поэтому их влияние на механические и другие свойства может быть значительным. При деформации в процессе прокатки, ковки, штамповки неметаллические включения, особенно неправильной формы с острыми краями и углами, играют роль концентраторов напряжения и могут вызвать образование трещины, являющейся очагом последующего усталостного разрушения стали.
Решающее значение при изучении влияния неметаллических включений на качество стали имеют их свойства: размер, форма, химические и физические характеристики, а также характер расположения по отношению к зернам литого металла. Указанные свойства включений зависят от химического состава стали, метода её выплавки и для заданной марки стали могут изменяться в широких пределах даже для одинакового способа её производства.
К настоящему времени для анализа неметаллических включений разработаны и широко используются различные методы, позволяющие с большой точностью определить состав, структуру и содержание неметаллических включений в стали и сплавах как с выделением их из металла, так и в твердом металле.
неметаллические включения
Полезное
Смотреть что такое «неметаллические включения» в других словарях:
Неметаллические включения — Неметаллические включения химические соединения металлов с неметаллами, находящиеся в стали и сплавах в виде отдельных фаз. Содержание 1 Источники образования включений … Википедия
неметаллические включения — Инородные образования в жидких и тв. металлах и сплавах — хим. соединения металлов с неметаллами. Н. в. классифицируют по хим., минералогам, составу, происхождению. По хим. составу н. в. подразделяют на: алюминатные (осн. составляющая… … Справочник технического переводчика
Неметаллические включения — в стали и сплавах, представляют собой главным образом химические соединения металлов с кислородом, серой, азотом и др. неизбежными неметаллическими примесями, присутствующие в виде обособленной фазы; Н. в. ухудшают качество металла, так… … Большая советская энциклопедия
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ — макро и микрочастицы в металлах и сплавах, гл. обр. оксиды, силикаты, сульфиды и нитриды, образующиеся в результате раскисления металла, размыва огнеупоров, окисления металла и попадающие в металл др. путями … Большой энциклопедический политехнический словарь
Включения — [inclusions] инородные твёрдые, жидкие и газообразные вещества (образования) в жидких и твёрдых металлах и сплавах, в смеси из металлических порошков и в компактных заготовках, в ферросплавах, в рудных материалах, в огнеупорных изделиях и других… … Энциклопедический словарь по металлургии
включения — Металлические и неметаллические элементы, которые присутствуют, но не специально добавлены или сохранены в металле. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Тематики магистральный нефтепроводный транспорт … Справочник технического переводчика
газовые включения — [gaseous inclusions] образующиеся при кристаллизации металлов и сплавов несплошности, заполненные газом, обычно водородом. Зародышами газовых включений часто служат усадочные поры, которые заполняются газами, выделяющимися при кристаллизации из… … Энциклопедический словарь по металлургии
Шлаковые включения — Slag inclusions Шлаковые включения. (1) Шлак или включения, поглощенные металлом. (2) Неметаллические твердые материалы, попавшие в свариваемый металл или между свариваемым металлом и металлом шва. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под… … Словарь металлургических терминов
ЧЁРНЫЕ ПЯТНА — неметаллические включения с меньшей по сравнению с металлом плотностью, располагающиеся преимущественно на горизонтальных плоскостях, под стержнями и в верхних частях отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Состав включений… … Металлургический словарь
Неметаллические включения
Полезное
Смотреть что такое «Неметаллические включения» в других словарях:
Неметаллические включения — Неметаллические включения химические соединения металлов с неметаллами, находящиеся в стали и сплавах в виде отдельных фаз. Содержание 1 Источники образования включений … Википедия
неметаллические включения — Инородные образования в жидких и тв. металлах и сплавах — хим. соединения металлов с неметаллами. Н. в. классифицируют по хим., минералогам, составу, происхождению. По хим. составу н. в. подразделяют на: алюминатные (осн. составляющая… … Справочник технического переводчика
неметаллические включения — [nonmetalic inclusions] инородные образования в жидких и твёрдых металлах и сплавах химические соединения металлов с неметаллами. Неметаллические включения классифицируют по химическому, минералогическому составу, происхождению. По химическому… … Энциклопедический словарь по металлургии
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ — макро и микрочастицы в металлах и сплавах, гл. обр. оксиды, силикаты, сульфиды и нитриды, образующиеся в результате раскисления металла, размыва огнеупоров, окисления металла и попадающие в металл др. путями … Большой энциклопедический политехнический словарь
Включения — [inclusions] инородные твёрдые, жидкие и газообразные вещества (образования) в жидких и твёрдых металлах и сплавах, в смеси из металлических порошков и в компактных заготовках, в ферросплавах, в рудных материалах, в огнеупорных изделиях и других… … Энциклопедический словарь по металлургии
включения — Металлические и неметаллические элементы, которые присутствуют, но не специально добавлены или сохранены в металле. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Тематики магистральный нефтепроводный транспорт … Справочник технического переводчика
газовые включения — [gaseous inclusions] образующиеся при кристаллизации металлов и сплавов несплошности, заполненные газом, обычно водородом. Зародышами газовых включений часто служат усадочные поры, которые заполняются газами, выделяющимися при кристаллизации из… … Энциклопедический словарь по металлургии
Шлаковые включения — Slag inclusions Шлаковые включения. (1) Шлак или включения, поглощенные металлом. (2) Неметаллические твердые материалы, попавшие в свариваемый металл или между свариваемым металлом и металлом шва. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под… … Словарь металлургических терминов
ЧЁРНЫЕ ПЯТНА — неметаллические включения с меньшей по сравнению с металлом плотностью, располагающиеся преимущественно на горизонтальных плоскостях, под стержнями и в верхних частях отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Состав включений… … Металлургический словарь
Неметаллические включения в стали
Содержание неметаллических включений в электростали незначительно и не превышает 0,05%. Однако они обладают совершенно отличными от основного металла физическими, механическими и химическими свойствами. Нарушая сплошность металла, неметаллические включения вызывают местные концентрации напряжений, понижают пластические характеристики, ухудшают усталостную прочность и износостойкость. Содержание неметаллических включений в стали определяется концентрациями вредных примесей (О,S,N). Природа и форма неметаллических включений зависят от химического состава стали и используемых для раскисления материалов. В стали, содержащей марганец, состав включений определяется равновесными концентрациями [Мп], [О], [S]. Включения состоят из оксидов (FеО и МпО) и сульфидов (FеS и МпS).
В кремниймарганцевой стали включения присутствуют в виде силикатов и сульфидов железа и марганца. Если в стали присутствует алюминий, то состав включений определяется его содержанием в металле. При [Аl] ≤ 0,01….0,02% включения содержат, наряду с оксидами FeO и MnO, а также оксиды типа FeO•Al2O3, а при [Al] > 0,03…0,05% включения состоят преимущественно из глинозема и шпинели.
Сильные раскислители (алюминий, щелочноземельные металлы (ЩЗМ) — кальций, магний, барий и редкоземельные металлы (РЗМ) — церий, лантан и др.) образуют включения сложного состава. Возникновение новой неметаллической фазы в гомогенном расплаве связано с преодолением энергии межфазного натяжения и образованием новой поверхности.
В условиях значительного пересыщения металла при избытке раскислителя образуются скопления мелких твердых включений оксида раскислителя. При недостатке раскислителя, т. е. при повышенном содержании кислорода, образуются жидкие продукты раскисления.
При совместном раскислении металла алюминием, марганцем и кремнием (АМС) образуются комплексные продукты раскисления, характеризуемые низкой температурой плавления. С учетом достаточно быстрого распределения раскислителя из мест пересыщения по всему объему жидкого металла создаются условия для образования различной формы твердых оксидных включений и жидких продуктов раскисления, называемых первичными неметаллическими включениями. При кристаллизации стали образуются так называемые вторичные включения.
Их образование обусловлено понижением температуры металла и, как следствие этого, смещением равновесия рас кислитель—растворенный кислород в сторону образования оксидов. Удаление вторичных неметаллических включений затруднено, по сравнению с первичными, так как металл становится вязким, время для их всплывания весьма ограничено и они не успевают коагулировать и увеличиться в размерах до оптимальных величин. Большинство вторичных включений остается в металле, поэтому снижения их содержания достигают обеспечением максимальной чистоты металла по неметаллическим включениям перед разливкой и в процессе разливки.
Выявляемые в электростали неметаллические включения, как правило, имеют незначительные размеры (не более 30 мкм). При ковке или прокатке слитков и литых заготовок включения с низкой температурой плавления (силикаты марганца, сульфиды железа и марганца, оксисульфиды) вытягиваются в нитевидные включения разной толщины, повышая тем самым анизотропность механических свойств металла. Улучшение этого показателя достигают использованием в качестве раскислителей ЩЗМ и РМЗ, являющихся поверхностно-активными веществами, способствующими модификации (изменению состава) и глобуляризации оксидных и сульфидных включений. Обычно сталь сначала раскисляют алюминием, а затем — сплавами ЩЗМ и РЗМ.
Если в конструкционной стали 12ХНЗА, раскисленной только алюминием, включения строчечные, то после дополнительного раскисления металла в ковше силикокальцием они преимущественно глобулярные, имеющие состав СаОm• Аl2O3. Перевод строчечных включений в глобулярные позволяет резко снизить пораженность металла волосовинами, повысить изотропность (однородность) стали по ударной вязкости и пластичности. Однако для ряда сталей содержание глобулярных включений в металле должно быть минимальным. Повышенная загрязненность подшипниковой стали глобулями отрицательно влияет на долговечность работы подшипников разного назначения. Для уменьшения загрязненности подшипниковой стали глобулярными включениями снижают основность известково-силикатных шлаков, кроме того, несколько повышают окис- ленность металла ([О]
0,008%) и используют обработку расплава вне печи вакуумом.
Отрицательное влияние на свойства стали оказывают кристаллические включения, например, нитриды, корунд. Еще более вредными являются скопления неметаллических включений в металле в виде облака или роя, состоящего из мельчайших частиц. Они образуются в результате плохого раскисления металла алюминием и могут явояться причиной расслоения прокатных заготовок.
Неблагоприятным является расположение включений по границам зерен литой стали в виде цепочек, состоящих из сульфидов и оксисульфидов. Повышенную загрязненность неметаллическими включениями наблюдают в стали, имеющей относительно высокое содержание кислорода и серы. Чем больше кислорода и серы в стали, тем ниже ее качество, выше брак металлопроката по трещинам, волосовинам и ниже механические свойства.
Что такое неметаллические включения
ГОСТ 1778-70
(ИСО 4967-79)
Металлографические методы определения неметаллических включений
Steel. Metallographic methods for the determination of nonmetallic inclusions
Дата введения 1972-01-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН Центральным научно-исследовательским институтом черной металлургии им.И.П.Бардина (ЦНИИЧМ)
Директор института Голиков И.Н.
Руководитель темы Каплан А.С.
2. ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР
Зам. министра Борисов А.Ф.
3. ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Отделом металлургии Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР
Начальник отдела Федин Б.В.
Инженер Васильева Р.А.
4. Отделом металлургии Всесоюзного научно-исследовательского института стандартизации (ВНИИС)
Начальник отдела Степанов А.В.
Мл. научный сотрудник Бушина Э.Г.
5. УТВЕРЖДЕН Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 28 сентября 1970 г. (протокол N 190)
Председатель Научно-технической комиссии зам. председателя Комитета Милованов А.П.
6. ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29 декабря 1970 г. N 1832
7. Ограничение срока действия снято по протоколу N 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)
8. ИЗДАНИЕ (июнь 2011 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в апреле 1984 г., сентябре 1989 г. (ИУС 8-84, 1-90)
Настоящий стандарт распространяется на стали и сплавы и устанавливает металлографические методы определения загрязненности их неметаллическими включениями.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4077-83 и ИСО 4967-79*.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1. КЛАССИФИКАЦИЯ
1.1. Неметаллические включения определяют:
1.2. Применение методов и их вариантов для испытания металлов, а также нормы загрязненности стали и сплавов неметаллическими включениями предусматриваются в стандартах или технической документации, утвержденной в установленном порядке, на конкретную металлопродукцию.
Рекомендации по выбору методов указаны в приложении 1.
2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ
2.1. Количество образцов для определения загрязненности металла неметаллическими включениями указывается в стандартах на продукцию и в технической документации, утвержденной в установленном порядке, и должно быть кратным трем и не менее 6 от каждой плавки. Количество образцов зависит от требуемой точности определения.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
2.2. Образцы от деформированного металла отбирают в следующем порядке:
1. По соглашению сторон может быть установлено место отбора образцов от прутков по высоте слитка. Образцы прутков могут быть отобраны от одного или нескольких слитков по ходу разливки металла.
2. При контроле деформированного металла диаметром или толщиной более 150 мм допускается отбор образцов от двух прутков.
3. При контроле сверленой или предназначенной для сверления трубной заготовки диаметром до 600 мм и толщиной стенки не более 250 мм образцы отбирают от двух заготовок.
4. При контроле листов шириной более 1000 мм образцы отбирают от двух листов.
Примечание. По соглашению сторон допускается вырезать образцы из прутков диаметром или толщиной свыше 120 до 270 мм, а также из трубной заготовки (сверленой или предназначенной для сверления) диаметром до 600 мм, без перековки или прокатки.
2.4. Образцы от литого металла отбирают:
а) от одного или более слитков или от пробы одной плавки;
2.5. Образцы из деформированного металла для изготовления шлифов с продольным направлением волокон вырезают:
2. Допускается образцы большой длины разрезать перед изготовлением шлифов на несколько частей, считая эти части за один шлиф, а при малой длине образцов набирать необходимую площадь из нескольких образцов, считая их за один шлиф.
2.6. Образцы из деформированного металла для изготовления шлифов с поперечным направлением волокон вырезают: