作业帮非金属夹杂物对钢材性能的影响
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/05 20:57:03
非金属夹杂物对钢材性能的影响
非金属夹杂物对钢材性能的影响
非金属夹杂物对钢材性能的影响
非金属夹杂物对钢的强度、塑性、断裂韧性、切削、疲劳、热脆以及耐蚀等性能有很大影响.一般认为,夹杂物的成分、数量、形状、分布以及在基体中的空间分布等影响钢的性能.S.Ruddnik[26]指出,只有当非金属夹杂物的尺寸小于1μm,且其数量少、夹杂物彼此之间的距离大于10μm时,才不会对材料的宏观性能造成影响.当然,不同钢种用途不同,对夹杂物的要求也不一样,例如,不同钢种和不同受力状态时,夹杂物对性能无害的临界尺寸是不同的.
（1）非金属夹杂物对钢的强度影响
夹杂物对钢的强度的影响与颗粒尺寸密切相关.通过在烧结铁中加入不同尺寸（0.01－35μm）、形状（球形和棱角的）、比例（0－8%）的氧化铝颗粒进行试验得出[26]：室温下,氧化铝颗粒超过1μm时,使屈服强度和抗张强度降低；当夹杂物的含量很低时,对屈服强度的降低特别敏感.长谷川正义[27]向浇注的钢流中喷射高熔点氧化物,研究了不同的氧化物颗粒直径,体积比对常温抗张强度的影响,结果表明：无论喷射氧化铝或氧化锆试样,屈服和抗张强度都随粒子体积比的增大而升高.另外,金属断裂时,裂纹不仅在基体中形成,而且也经常在夹杂物中形成,造成钢的断裂,Smith提出边界夹杂物开裂的强度断裂理论[28].
（2）非金属夹杂物对钢的塑性影响
通常夹杂物对钢材的纵向延性影响不大,而对横向延性的影响却很显著.研究表明,高强度钢的横向断面收缩率随夹杂物总量的增加而降低.夹杂形状对对横向延性的影响更为显著,随着带状夹杂物的增加,横向断面收缩率明显降低,这种带状夹杂物主要是硫化物.Funnell等[29]研究指出,夹杂物对钢的高温延性有很大影响,低碳钢在奥氏体区延性大大降低,其原因是细小的第二相析出物（如AlN、TiN、Nb(C,N)等）能有效钉扎奥氏体晶界,从而降低延性.
（3）非金属夹杂物对钢的断裂韧性影响
文献[30,31]中指出,S及硫化物的含量增加降低钢的各种韧性指标,钢的断裂韧性随着夹杂物数量或长度的增加而下降.曾光廷等[31]研究了硫化物和氮化物夹杂对钢的断裂韧性的影响,并与Krafft模型计算值进行了比较,结果得出：对断裂韧性的危害由小到大依次为VN→TiS→AlN→NbN→ZrN→Al2S3→CeS→MnS ；夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系,TiS对断裂韧性没有影响.一些研究工作讨论了夹杂物作为裂纹根源的作用问题[29],研究证明,钢中的脆性夹杂物由于与钢基体的热膨胀系数不同,在夹杂物周围容易产生内应力.
李代锺[30]认为,为使钢材具有良好的韧性和使韧性各向异性尽可能降低,对夹杂物的要求是：①夹杂物的体积分数尽可能低；②夹杂物分布均匀；③夹杂物要有紧凑的外形；④夹杂物的硬度最好为钢基体的两倍,以使夹杂物在热加工时变形最小.