Методические указания к лабораторной работе №9 «Неметаллические включения в стали»

по дисциплине

Фазовые равновесия и структурообразование

Направление подготовки: 150100 Материаловедение и технологии материалов

Профили подготовки: Материаловедение и технология новых материалов.

Физическое материаловедение.

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены _______________________________________ и обсуждены на заседании кафедры ФММ факультета ЕН

протокол № 7 от «2» февраля 2012г.

Зав. кафедрой Г.В. Маркова

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и обсуждены на заседании кафедры ФММ факультета ЕН

протокол № ___ от «___» __________ 20___г.

Зав. кафедрой Г.В. Маркова

1. Цель работы

1.1. Изучить виды неметаллических включений в стали.

1.2. Дать количествен­ную оценку загрязненности образцов стали.

2. Краткие теоретические сведения

В стали, кроме основных компонентов: железа, углерода и легирующих элементов вследствие технологических особенностей металлургического спо-

соба производства, присутст­вуют и другие элементы - неметаллические при-

меси: кремний, сера, фосфор, кислород, азот, водород и другие. Они попадают в сталь вместе с шихтой, могут являться продуктами реакций, происходящих в процессе выплавки стали при раскислении, или могут быть частицами шлака и футеровки печи, увлекаемыми металлом во время плавки и разливки.

Некоторые из них при кристаллизации стали образуют самостоятельные соединения (фазы), отличающиеся по строению и свойствам от основных металлических фаз сплава. Эти фазы называют не­металлическими включениями. В зависимости от своего состава неметаллические включения образуются как в начале, так и в конце процесса кристаллизации жидкого металла. Как правило, включения концентрируются между первичными дендритами аустенита.

Неметаллические включения, содержащие серу, называются сульфидами, кремний – силикатами, кислород – оксидами, фосфор – фосфидами, азот – нитридами, углерод и азот – карбонитридами.

Неметаллические включения классифицируются по составу. Однако, такая классификация достаточно условна, т.к. включения являются комплексными и состоят из нескольких видов химических соединений, основными из которых являются следующие.

2.1. Виды неметаллических включений

2.1.1. Сульфиды

Сера в стали присутствует в виде сульфидов , или чаще всего в виде двойного сульфида железа и марганца с различным соотношением и , При высоких содержаниях марганца в стали

(Mn : S>10:1) сульфиды выделяются из расплава до начала кристаллизации твердого раствора и поэтому располагаются в литой стали беспорядочно. При недостаточном количестве марганца в стали сульфиды образуют с закисью железа легкоплавкую эвтектику , которая кристаллизуется при ~ 950 ⁰С и поэтому располагается, как правило, между первичными кристаллами аустенита, т.е. по границам зерен (рис.1,а). Если такой металл нагревать под горячую прокатку (до ~ 1200 ⁰С), эта эвтектика плавится, что вызывает разрушение металла во время деформации (красноломкость металла). Сульфиды хорошо полируются, пластичны, легко деформируются при горячей механической обработке и тем легче, чем больше в них содержание марганца. При вытягивании в направлении прокатки они образуют веретенообразную форму и частично

Рис. 1. Неметаллические включения в литой стали; нетравленые шлифы. х200: а – пограничное расположение легкоплавкой сульфидной эвтектики в стали 45; б - оксиды шаровидной формы в образце стали с 0,2 % С

могут выкрашиваться. Окраска сульфидов , - светло- желтая. Окраска двойного сульфида зависит от содержания в нем железа и марганца. Преобладание в нем железа окрашивает его в светло-желтый цвет, с увеличением содержания марганца окраска меняется от голубовато-серого до темно-серого цвета.

В легированной стали могут встречаться сульфиды титана, хрома и других элементов. Эти сульфиды более хрупки, не деформируются, легко выкрашиваются и окрашены в бледно-розовый цвет с ярким блеском.

Сернистые соединения в виде крупных включений снижают способность стали к глубокой вытяжке.

Сульфиды по ГОСТ 1778-70 обозначаются буквой С и оцениваются по пятибальной шкале.

Сульфидные включения снижают механические свойства.

Сера является вредной при­месью и её содержание должно быть сведе­но к

минимуму: содержание серы в стали ограничивается пределами - 0,025-0,035%.