非金属夹杂物处理方法优化

1.非金属夹杂物的来源和类型

非金属夹杂物（见图6-45）是金属中常见的一种冶金缺陷，按来源不同可分为两类。一类为内生夹杂，主要来自金属熔化和凝固过程中的一些冶金反应的产物。例如，未及时排除的脱氧、脱硫产物以及凝固过程中某些溶解于液体金属中的杂质元素，如硫、氮和氧等，由于偏析造成局部浓度过饱和后以化合物或低熔点共晶体的形式析出形成夹杂；另一类夹杂为外来夹杂，例如熔炼时的一些耐火材料、铸造时的造型材料及焊接时的熔渣等偶然搅入液体金属中形成的夹杂，其特点是无一定形状，而且尺寸特别大。

图6-45　钢中夹杂物形态

（a）硫化物；（b）硅酸盐；（c）铝酸盐

根据成分，钢铁中的非金属夹杂物主要可以分为三大类：①氧化物，如简单的氧化物FeO，SiO2，MnO和Al2O3等，硅酸盐MnO·SiO2和FeO·SiO2等及一些尖晶石型的复杂氧化物MnO·Al2O3，MnO·Fe2O3和FeO·Al2O3等；②硫化物，如简单的硫化物FeS，MnS和稀土硫化物等，以及一些复杂的硫化物（Mn，Fe）S，（Mn，Fe）S·FeO等；③氮化物，如VN，NbN，TiN和AlN等，极少情况下有Fe4N。

2.非金属夹杂物的影响(www.xing528.com)

非金属夹杂物会使金属的均匀性和连续性受到破坏，因此严重地影响材料的力学性能、致密性和耐腐蚀性等。根据统计结果，汽车零件的断裂90%是由非金属夹杂物诱发的疲劳裂纹引起的，而且夹杂物的尺寸越粗大、疲劳极限越低。非金属夹杂物对金属性能的影响与其成分、性能、形状、大小、数量和分布等都有关系，硬脆的夹杂物对金属的塑性和韧性影响较大；夹杂物越近似球形对金属的机械性能影响越小；夹杂物呈针状或带有尖角时能引起应力集中、促使微裂纹的产生；当夹杂物呈薄膜状包围晶粒四周时能引起金属严重脆化。当以低熔点夹杂物分布于晶粒边界时（如熔点为940℃的三元共晶Fe+FeS+FeO）会使金属具有红脆性，这是铸件、焊缝和锻件产生热裂的主要原因。有些塑性较好的非金属夹杂物，在铸态下呈球状，但经过轧制或锻压后改变了形状，如MnS或硅酸盐夹杂经轧制后成为长条状或片状。钢中常见的枣核状的夹杂物是由（Fe，Mn）S和硅酸盐复合物轧制而成的。这些变形后的夹杂物尖端由于应力集中，在随后的加工或使用过程中容易引起开裂并发展成为裂纹，如焊接一些含有大量条状硫化物夹杂的钢板时很容易出现层状撕裂。因此，同一种夹杂物由于铸态下和塑性加工状态下的形态不同而对金属的性能产生不同的影响。

一般来说，一些高熔点的小颗粒夹杂物，分布较分散时对金属性能的影响不大。当颗粒非常细小时，对金属的组织和性能还会有好的作用。例如，一些存在于液体金属中的高熔点超显微夹杂物质点（如Al2O3）在钢液凝固时还能作为非自发结晶核心细化一次组织；又如在一些含氮高强钢中，利用固态下析出弥散氮化物（如钒和铌的氮化物）的沉淀强化作用及正火对韧性的改善作用使这类钢材具有较好的综合机械性能。因此，通过控制夹杂物的数量、大小、形态和分布对消除和减轻其有害作用具有重要的意义。

3.控制夹杂物的措施

（1）控制原材料的纯度和加强加工过程中的保护（如要求高时应采用真空和保护气氛），尽量减少和防止金属熔化过程中杂质元素（如氮、氧和硫等）的进入。

（2）采取冶金措施对已经进入液体金属的杂质进行清除，如对钢液进行脱氧、脱硫处理，但必须注意同时从金属中清除这些冶金反应的产物。例如，采用复合脱氧剂的效果明显优于单一脱氧剂的效果，当采用铝、硅、锰复合脱氧后，钢中夹杂物含量由采用单一脱氧剂时的0.026 5%减到0.007%。

（3）从工艺和操作技术上避免熔渣和空气搅入液体金属，以及为排渣创造有利条件。