Неметаллические включения — это химические соединения и неметаллы , которые присутствуют в стали и других сплавах . Они являются продуктом химических реакций, физических эффектов и загрязнений, которые происходят во время процесса плавки и заливки. Эти включения классифицируются по происхождению как эндогенные или экзогенные. [1] Эндогенные включения, также известные как коренные, встречаются в металле и являются результатом химических реакций. Эти продукты осаждаются во время охлаждения и, как правило, очень малы. [2] Экзогенные включения вызваны захватом неметаллов. Их размер сильно различается, и их источником могут быть шлак , окалина , остатки флюса и части формы . [ 2]
Неметаллические включения возникают из-за множества физико-химических эффектов, происходящих в расплавленном и затвердевшем металле в процессе производства.
Неметаллические включения, которые возникают в результате различных реакций при производстве металлов, называются естественными или коренными. К ним относятся оксиды , сульфиды , нитриды и фосфиды .
Кроме естественных включений в металле присутствуют также частички шлака , огнеупоров , материала литейной формы (материала, с которым металл контактирует в процессе производства). Такие неметаллические включения называются инородными, случайными или экзогенными.
Большинство включений при восстановительной плавке металла образуется из-за снижения растворимости примесей в процессе охлаждения и затвердевания.
Современный уровень технологии производства стали позволяет исключить из металла большинство естественных и инородных включений. Однако общее содержание их в различных сталях может колебаться в широких пределах и оказывает большое влияние на свойства металла.
Неметаллические включения, наличие которых определяет чистоту стали, классифицируются по химическому и минералогическому составу, по устойчивости и по происхождению. По химическому составу неметаллические включения делятся на следующие группы:
Большинство включений в металлах — это оксиды и сульфиды , так как содержание фосфора очень мало. Силикаты очень вредны для сталей, особенно если они должны подвергаться термической обработке на более поздней стадии.
Обычно нитриды присутствуют в специальных сталях, содержащих элемент с высоким сродством к азоту .
По минералогическому составу кислородные включения делятся на следующие основные группы:
В эту группу входят ферриты, хромиты и алюминаты.
По устойчивости неметаллические включения бывают стабильными и нестабильными. Нестабильные включения — это те, которые растворяются в разбавленных кислотах (концентрацией менее 10%). Нестабильные включения — это сульфиды железа и марганца, а также некоторые свободные оксиды.
Современные уровни производства стали позволяют удалять из металла различные включения. Однако в целом содержание включений в различных сталях колеблется в широких пределах и оказывает большое влияние на свойства металла.
Современные методы производства стали и сплавов не позволяют получить абсолютно чистый металл без неметаллических включений. Включения присутствуют в любой стали в большем или меньшем количестве в зависимости от состава и условий производства. Обычно количество неметаллических включений в стали не превышает 0,1%. Однако количество включений в металле очень велико из-за их чрезвычайно малых размеров.
Неметаллические включения в стали являются инородными веществами. Они нарушают однородность структуры, поэтому их влияние на механические и другие свойства может быть значительным. При деформации, которая происходит при плющении, ковке и штамповке , неметаллические включения могут вызывать трещины и усталостное разрушение стали.
При исследовании влияния неметаллических включений на качество стали большое значение имеют свойства этих включений: размер, форма, химические и физические характеристики. Все эти свойства зависят от химического состава стали, способа выплавки и для определенной марки стали. Эти свойства могут изменяться в широких пределах даже в пределах одного и того же способа производства.
Разработаны и применяются различные методы анализа неметаллических включений, позволяющие с высокой точностью определять содержание, структуру и количество неметаллических включений в сталях и сплавах.