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实验报告姓名：班级：冶金1401班学号： 20142019实验名称：钢中非金属夹杂物观察与分析实验实验日期： 2017.11.7实验：钢中非金属夹杂物观察与分析实验一、实验目的1.掌握钢的磨制方法。
2.了解球磨机的使用方法。
3.了解金相显微镜的原理及使用。
4.对钢中的非金属夹杂物进行分析。
二、实验原理。
A钢中夹杂物的分类分类方法很多，但常见的有以下四种：1．按来源分类，可分为两类：(1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。
包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。
这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。
(2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。
内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段：①一次夹杂（原生夹杂）：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物；②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物；③三次夹杂（再生夹杂）：凝固过程中生成的夹杂；④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。
一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。
从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。
在铸坯凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅与钢基体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生改变，例如析出新的化合物以趋于稳定状态。
在轧制或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件，在室温下所观察到的夹杂物，实际上是经过了一系列复杂变化的结果。
2．按化学成分分类，一般分三类。
(1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。
钢中的非金属夹杂1. 试验目的非金属夹杂物破坏金属基体的连续性，其形态、数量、尺寸和分布影响钢的塑性、韧性、焊接性能、疲劳性能和耐蚀性等，因此，夹杂物的数量和分布被认为是评定钢材质量的一个重要指标。
2. 相关标准标准GBT 10516 2005，该标准代替GBT 10516 1989，于2005年5月13日发布，2005年10月1日实施。
夹杂物试样不经腐蚀，在明场下放大100倍，80mm 直径的视场下进行观察，选取夹杂物污染最严重的视场，与其钢种的相应标准评级图对比评定。
夹杂物分类：硫化物类，标准图谱命名为A 类。
属于塑性夹杂，较宽范围形态比（长度/宽度）的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角，经锻、轧后沿加工方向变形，呈纺锤形或线段形，例如FeS 、MnS 。
氧化铝类：标准图谱命名为B 类。
属于脆性夹杂，形态比（一般＜3），为黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行（至少有3个颗粒）。
硅酸盐类：标准图谱命名为C 类。
是具有高延展性，较宽范围形态比（一般≥3）的单个呈黑色或深灰色的夹杂物，一般端部呈锐角。
例如2MnO ·SiO 2球状氧化物类：标准图谱命名为D 类。
不变形，带角或圆形的，形态比较小（一般＜3），黑色或带蓝色，表现为无规则分布的颗粒。
例如SiO 2单颗粒球状类：标准图谱命名为DS 类。
为圆形或近似圆形，直径≥13μm的单颗粒夹杂物。
非传统类型夹杂物的评定也可以通过其形状与上述五类夹杂物进行比较，并注明其化学特征。
沉淀相类如碳化物、氮化物、硼化物的评定，也可以根据它们的形态与上述五类夹杂物进行比较，并按上述方法表示其化学特征。
钢中的非金属夹杂物测定夹杂物类别评级图级别A 总长度μmB 总长度μm 17 77 184 343 555 822 （＜1147）C 总长度μm 18 76 176 320 510 746 （＜1029）D 数量个 1 4 9 16 25 36 （＜49）DS 直径μｍ 13 19 27 38 53 76 （＜107）i0.5 1 1.5 2 2.5 337 127 261 436 649 898 （＜1181）注：D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径类别最小宽度μm细系最大宽度μm 4 9 5 8最小宽度μm ＞4 ＞9 ＞5 ＞8粗系最大宽度μm 12 15 12 13A B C D2 2 2 3注：D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径3. 试样制备3.1 试样尺寸夹杂物形态很大程度上取决于钢材压缩变形程度，只有在变形度相似的试样坯制备的截面上才能进行结果的比较。
实验报告姓名：班级：冶金1401班学号： 20142019实验名称：钢中非金属夹杂物观察与分析实验实验日期： 2017.11.7实验：钢中非金属夹杂物观察与分析实验一、实验目的1.掌握钢的磨制方法。
2.了解球磨机的使用方法。
3.了解金相显微镜的原理及使用。
4.对钢中的非金属夹杂物进行分析。
二、实验原理。
A钢中夹杂物的分类分类方法很多，但常见的有以下四种：1．按来源分类，可分为两类：(1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。
包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。
这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。
(2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。
内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段：①一次夹杂（原生夹杂）：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物；②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物；③三次夹杂（再生夹杂）：凝固过程中生成的夹杂；④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。
一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。
从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。
在铸坯凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅与钢基体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生改变，例如析出新的化合物以趋于稳定状态。
在轧制或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件，在室温下所观察到的夹杂物，实际上是经过了一系列复杂变化的结果。
2．按化学成分分类，一般分三类。
(1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。
钢中非金属夹杂物及其检测法夹杂物的评级问题：不计较其组成成分和性能以及它们可能的来源等；只注意它们的数量、形状、大小和分布情况。
一般在明视场下放大100倍时检验即可。
现在采用的方法有：瑞典Jernkontoret（简称JK）夹杂物评级图。
美国试验及材料学会（ASTM）夹杂物评级标准亦采用JK评级图。
此外还有SAE（美国汽车工程师学会）夹杂物评级图等等。
中国冶金部YB25-59规定，夹杂物的评级有甲乙两种方法。
即：长度指数和与标准级别图对比评级法。
非金属夹杂的鉴定：（一）金相法：借助金相显微镜的明场、暗场及偏振光来观察夹杂物的形状、分布、色彩及各种特征，从而对夹杂物作出定性或半定性的结论。
但金相法不能获得夹杂物的晶体结构及精确成分的数据。
1．夹杂物的形状：鉴定夹杂物首先注意的是它们的形状，从它们的形状特点上，有时可以估计出它们属于那类夹杂物，这有利于考虑下一步应采取的鉴定方法。
如：玻璃质SiO2呈球形；TiN一般呈淡黄色的四方形。
在铸态时呈球形的夹杂物很多，但这些夹杂物有的具有一定的塑性，当钢在锻轧后，它们被压延拉长，如FeO 和2FeOSiO2共晶夹杂物，铸态时为球状，锻轧后被拉成长条状。
2．夹杂物分布：夹杂物的分布情况也有一定的特点，有的夹杂物成群，有的分散。
成群的夹杂物经锻轧后，即沿锻轧方向连续成串，Al2O3夹杂就属此类。
有的夹杂物，如FeS 及FeS-FeO共晶夹杂物等。
因其熔点低，所以钢凝固时，这类夹杂物多沿晶界分布。
3．夹杂物的色彩和透明度：观察夹杂物的色彩及透明度一般应在暗场或偏振光下进行。
可分为透明和不透明两大类。
透明的还可分为透明和半透明两种。
透明的夹杂物在暗场下显得十分明亮。
如果夹杂物是透明的并有色彩，则在暗场下将呈现它们的固有色彩。
各种夹杂物都有其固有的色彩和透明度，再结合其它特征来进行判断。
如某种夹杂物，它们的分布及外形呈有棱的细小颗粒并沿轧制方向连续成群，在明场下这些夹杂物多呈深灰略带紫色，而在暗场下则为透明发亮的黄色。
钢中非金属夹杂物的金相分析与鉴定作者：吴敏来源：《科学导报·学术》2020年第27期摘要：非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基本的连续性，使钢组织的不均匀性增大。
因此钢中非金属夹杂物的存在，对钢的性能产生强烈影响。
现代工程技术的发展对钢的强度、韧性、加工性能等要求日趋严格，所以对钢铁材质要求也越来越高。
本文通过分析钢中非金属夹杂物的来源，分布及对钢的质量的影响，对钢中非金属杂物进行分析，以供读者参考。
关键词：非金属;夹杂物;金相分析;显微鉴定一、引言当代工程技术的发展非常迅速，并且对钢的强度、韧性以及加工的性能要求逐渐增高，对刚才的质量要求也逐渐增高。
而非金属杂质作为独立的相，存在于钢材中，非金属杂质的存在导致钢的连续性遭到破坏，整体钢组织结构的不均匀性增多了，进而对于钢的性能产生了非常剧烈的影响。
而不同的非金属夹杂物的性质、形态以及尺寸等因素都不同，对于钢性能的影响也是不尽相同的。
因此为了进一步提升金属材料的质量，并且生产非金属杂物含量较少的洁净钢材，需要控制非金属的夹杂物含量，而这是冶铸过程中非常艰巨的任务，对金相的分析工作者而言也应当从鉴定和分离非金属杂质入手，提升金属材料质量。
非金属夹杂物的鉴定首先需要通过金相显微镜进行颜色、形态、大小和分布上的观察与判定，并且在暗场下整体观察夹杂物的色彩与透明度;随后在偏振光的正交情况下观察各种夹杂物的光学性质，分析夹杂物的不同类型。
同时可以依据夹杂物的分布情况和对应的数量，来评定相关的级别，判别这些非金属夹杂物对于钢材的性能的影响。
当前对于钢中的非金属夹杂物鉴定和处理的方法也是较多的，包括化学处理法、岩相法、金相法以及电子探针法和电子扫描法等。
本文依据金相法为基础，检验钢中的非金属夹杂物，对其展开深入的分析。
二、钢中非金属夹杂物的来源分类（一）内生夹杂物所谓内生夹杂物，是指在金属的熔炼过程中，经过各种物理和化学的反应，从而形成的夹杂物，这种夹杂物的分布一般来说也都是较为均匀的，有着较小的颗粒特点。
实验五非金属夹杂物的分析与评定 (验证性)
一、实验目的及要求
1．掌握钢中非金属夹杂物的分类与形态特征。
2．掌握使用标准评定钢中非金属夹杂物的级别。
二、实验原理
钢铁中的非金属夹杂物的出现是不可避免。
钢中非金属夹杂物的金相检验主要包括夹杂物类型的定性和定量评级。
夹杂物的检验评定可按照GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。
1、检验钢中的非金属夹杂物的必要性
因为非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性、均匀性，易引起应力集中，造成机械性能下降，导致材料的早期破坏，其影响程度主要取决于夹杂物的形状、大小、分布和聚集状态。
钢中夹杂物的检验一般在出厂前钢厂检验或者收货单位验收时检验。
2、钢中非金属夹杂物的来源
a）内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成，反应式：
3FeO + 2Al →3Fe + Al2O3
2FeO + Si → 2Fe + SiO2
b）外来的：浇铸过程卷入的耐火材料、炉渣等。
3、制样要求
a、取样时沿轧制方向，磨制纵向截面观察夹杂物大小、形状、数量，横向截面观察夹杂物从边缘到中心的分布。
试样表面无划痕、无锈蚀点、无扰乱层。
b、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形。
c、试样表面不浸蚀。
4、非金属夹杂物的分类
a、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3；
b、硫化物：FeS、Mn S及其共晶体；
c、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2；
d、氮化物：TiN、VN；
e、稀土夹杂物
5、非金属夹杂物的金相鉴别方法
主要是指利用光学显微镜中的明场、暗场和偏振光灯照明条件下夹杂物的光学反映差异，以及在标准试剂中腐蚀后，夹杂物发生化学反应而出现色差及侵蚀程度的不同来区分鉴别。
a明场：检验夹杂物的数量、大小、形状、分布、抛光性和色彩。
不透明夹杂物呈浅灰色或其他颜色，透明的夹杂物颜色较暗。
b暗场：检验夹杂物的透明度、色彩。
透明夹杂物发亮，不透明夹杂物呈暗黑色、有时有亮边。
c偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。
金相法鉴定夹杂物的优点是简单直观，易与钢材的质量联系起来；缺点是不能确定夹杂物的成分和晶体结构。
6、非金属夹杂物的特征
具体形貌如图：
a）硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。
在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。
在明场下，硫化铁呈淡黄色，硫化锰呈灰蓝色，而两者的共晶体为灰黄色；在暗场下一般不透明但有明显的界限，硫化锰稍呈灰绿色；在正交偏光下都不透明，转动载物台一周，硫化铁有四次明亮、四次消光，呈各向异性，硫化锰及其共晶体都为各向同性。
图3-2-20，3-2-21，3-2-23，3-2-27
b）氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。
压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。
在明场下，它们大多呈灰色；在暗场下，FeO不透明，沿边界有薄薄的亮带；MnO透明呈绿宝石色；Cr2O3不透明，有很薄一层绿色；Al2O3透明，呈亮黄色。
在偏光下，FeO、MnO呈各向同性，Cr2O3、Al2O3呈各异性。
二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。
在明场下呈球形，深灰色；在暗场下无色透明，在偏光下呈各向异性、透明，并称黑十字现象。
图3-1-1，3-1-4，3-1-7，3-1-8，3-1-10，3-1-11，3-1-16，3-1-17，3-1-183-1-19，3-1-20，3-1-36，3-1-34
c）硅酸盐夹杂物来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。
常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO2）、锰橄榄石（2MnO·SiO2）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·pSiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2SiO2）等。
在明场下均呈暗灰色，带有环状反光和中心两点；在暗场下，一般均透明，并带有不同的色彩；在偏光下，除多数铁锰硅酸盐表现出各向同性外，其余均为各向异性。
图3-3-1，3-3-2，3-3-3，3-3-33，3-3-34，3-3-35 d）氮化物主要有氮化钛（TiN），常见为三角形、正方形、矩形、梯形等形态。
在明场下，呈金黄色；在暗场下不透明；在偏光下，呈各向同性，不透明。
氮化钒外形规则，明场下呈粉玫瑰色，其他性质同TiN。
此外，还有氰化钛[Ti(NC)]，大部分性质与TiN相似，在明场下随着含碳量的增加呈现玫瑰色→紫色→淡紫色顺序变化。
图3-4-20，3-4-21，
断口中夹杂物的形态。
图3-3-21，3-3-23
7、GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》
a、非金属夹杂物的评级方法
金相图片比较法：放大100×，视场直径为0.8㎜，选取最严重的视场，按夹杂物的数量、大小、长度及其分布与标准图比较。
综合考虑评定时，允许评0.5级，如：0.5级，1.5级等。
b、JK标准图
JK标准中，非金属夹杂物的形态和分布分为四个基本类型：
A类：硫化物类型
B类：氧化物类型
C类：硅酸盐类型
D类：球状氧化物类
每种类型按照厚度或直径不同分为粗系和细系，每个系列由1～5级图片组成。
c、结果表示
在每个试样的夹杂物类别字母后标+最恶劣视场的级别数。
如：
A2：表示硫化物细系2级。
B1e：表示氧化铝粗系1级（e表示粗系夹杂物）。
举例：
1）材料：GCr15-轴承钢试样2个，放大100×，各1个视场。
第一个视场：A3：硫化物3级（细系）
B2：氧化物2级（细系）
第二个视场：A3：硫化物3级（细系）
B4：氧化物4级（细系）
2）两个试样的平均含量:
A3 =
23
3+
= 3级（硫化物）（细系）
B3 =
24
2+
= 3级（氧化物）（细系）
3）非金属夹杂物的最高含量:
B 4级（细系）
4）各类夹杂物平均级数量总和：
A+B=3+3=6级（细系）
对于长度超过视场直径和厚度大于标准评级规定的夹杂物均应单独记录。
5）实验报告见标准。
d、评级原则
分为A、B、C、D四类，粗系、细系。
（1）评级图为下限图片，若出现两级之间（长度或点数）的夹杂物时，按照相邻较小级别评定。
（2）对于同类夹杂物，当出现在粗系或者细系两系之间时，其形状或厚度（或直径）接近哪个系列级别按哪个相应的系列图片进行评级，若恰在中间则按照粗系评定。
（3）在同一视场中同时出现最严重的粗大或细小夹杂物时（呈同一母线分布或不呈同一母线分布），不能分开评定，其级别应按照长度或数量相加后并按占优势的夹杂物进行评级（评定时不必测量，直接对照图片）。
（4）同一视场中出现同一母线而断续的同类同系的B、C类夹杂物时，若两条夹杂物断开间距大于0.127㎜（在100×下，12.7㎜），应按照二条计算（将间距除去），若小于0.127㎜则算作一条夹杂物。
（5）当出现大于22
1级的夹杂物时，可参照ASTME45的图（即JK 图）进行评级。
三、实验仪器及材料
1．实验仪器 XJG-01型立式金相显微镜， XJG-02立式型金相显微镜，XJG-05型卧式金相显微镜，4XC 型金相显微镜
2．试验材料 非金属夹杂物试样
四、实验内容及步骤
1、分析夹杂物产生原因；
2、识别钢中各种夹杂物的形态特征；
3、画出钢中各种夹杂物的形态；
4、根据标准判断非金属夹杂物试样中夹杂物级别。
五、思考题
1．根据Jk 标准级别图，夹杂物的类型和分布有哪几种, 其代号为?
2．夹杂物的评定原则。
3．为什么要检验钢铁中的非金属夹杂物?。
