實驗報告
姓名：班級：冶金1401班
學號： 20142019
實驗名稱：鋼中非金屬夾雜物觀察與分析實驗
實驗日期： 2017.11.7
實驗：鋼中非金屬夾雜物觀察與分析實驗
1、實驗目的
1. 掌握鋼的磨製方法。
2. 了解球磨機的使用方法。
3. 了解金相顯微鏡的原理及使用。
4. 對鋼中的非金屬夾雜物進行分析。
2、實驗原理。
a鋼中夾雜物的分類
分類方法很多，但常見的有以下四種：
1．按**分類，可分為兩類：
(1)外來夾雜物：耐火材料、熔渣或兩者的反應產物混入鋼中並殘留在鋼中的顆粒夾雜稱為外來夾雜。包括從爐襯或包襯、或從湯道磚、中包絕熱板、保護渣進入鋼水中的夾雜物（有人還將鋼水二次氧化生成的夾雜物包括在內）。
這類夾雜顆粒較大，易於上浮，但在鋼中，它們的出現帶著偶然性且不規則。
(2)內生夾雜物：在冶煉、澆注和凝固過程中，鋼液、固體鋼內進行著各種化學反應，對於在冶煉過程中所形成的化合物、脫氧時產生的脫氧產物、或在鋼水凝固過程產生的化合物，當這些化合物來不及從鋼水中徹底排出而殘存在鋼中者，叫做內在的非金屬夾雜物。內生夾雜物形成的時間可分為四個階段：
①一次夾雜（原生夾雜）：鋼液脫氧反應時生成的脫氧產物；②二次夾雜：在出鋼和澆注過程中溫度下降平衡移動時生成的夾雜物；③三次夾雜（再生夾雜）：
凝固過程中生成的夾雜；④四次夾雜：固態相變時因溶解度變化生成的夾雜。
一般說來外來夾雜物顆粒較大，在鋼中比較集中，而內生夾雜物則與此相反。從組成來看，內生夾雜物可以是簡單組成，也可以是複雜組成；可以是單相的，也可以是多相的。在鑄坯凝固以及隨後的冷卻過程中，夾雜物不僅與鋼基體保持平衡，而且夾雜物本身也不斷發生改變，例如析出新的化合物以趨於穩定狀態。
在軋制或熱處理時，每次加熱都為夾雜物和鋼基體之間趨向平衡提供了條件，在室溫下所觀察到的夾雜物，實際上是經過了一系列複雜變化的結果。
2．按化學成分分類，一般分三類。
(1)氧化物：如feo,si02,al2o3等，有時它們各自獨立存在，有時形成尖晶石(如或固溶體(如feo和mno)。
(2)硫化物：如fes、mns及(的固溶體。當加al過多時可能以a12s3的形態出現。
(3)氮化物：如tin,zrn等
3．按夾雜物的變形效能分類
當鋼進行熱加工時，例如：軋制時，夾雜物此時是否也變形，它對鋼的效能有明顯的影響。為此，把夾雜物分為三類：
(1)脆性：這類夾雜物完全沒有塑性，在熱加工時，尺寸和形狀都沒有變化，屬於這一類的主要是a1203、cr203等，它們屬於高熔點的夾雜物。
(2)塑性：鋼在加工變形時，夾雜物也能隨之變形，形成條狀，屬於這類的有硫
化物以及含sio240--60％的鐵、錳矽酸鹽。
(3)球狀（或點狀）不變形：屬於這類的有si02及sio2>70％的矽酸鹽。
4．按尺寸大小分類，可分三類：
(1)大型：尺寸》100微公尺。
(2)中型：也叫顯微型，尺寸1-100微公尺。
(3)小型：也叫超顯微型，尺寸＜100微公尺。
b夾雜物對鋼質量和效能的影響
非金屬夾雜物降低了鋼的塑性、韌性和疲勞壽命，使鋼的冷熱加工效能乃至某些物理效能變壞。在某些特殊場合下夾雜物也能起到好的作用。
（１）夾雜物對強度的影響：當夾雜物顆粒比較大（＞１０μｍ），特別是夾雜物含量較低時。明顯降低鋼的屈服強度，且同時降低鋼的抗拉強度；當夾雜物顆粒小到一定尺寸（＜０．３μｍ）時，鋼的屈服強度和抗拉強度都將提高。
當鋼中瀰散的小顆粒的夾雜物數量增加時。鋼的屈服強度和抗拉強度都有所提高，但延伸率有很小的下降。
（２）夾雜物對延伸性的影響：通常夾雜物對鋼材的縱向延伸性的影響不大，而對橫向延伸性的影響很顯著。橫向斷面收縮率隨夾雜物總量和帶狀夾雜物數量的增加而顯著降低，而帶狀夾雜物多為硫化物。
（３）夾雜物對韌性的影響：隨硫化物夾雜數量和長度的增加，鋼材的縱向、橫向衝擊韌性、斷裂韌性都明顯下降…。由於圓柱坯中夾雜物在截面上的分布極為不均，且硫化物夾雜多為帶狀，因此夾雜物明顯降低了管坯的韌性。
（４）夾雜物對切削效能的影響：球狀的硫化物夾雜能顯著提高鋼材的切削效能，且硫化物顆粒愈大，鋼材切削性愈好．al2o3、cr2o3、mno·al2o3和鈣鋁酸鹽類氧化物夾雜在很大程度上降低了鋼材的切削性，但mno－sio2－al2o3系和cao-sio2-al2o3系中某些成分範圍內的夾雜物卻能提高鋼材的切削性。
（５）夾雜物對疲勞效能的影響：夾雜物都使鋼材的抗疲勞效能下降，脆性夾雜比塑性夾雜的影響更大，外來大型氧化物夾雜更明顯。
（６）夾雜物對抗腐蝕效能的影響：硫化物和硫化物復合的某些氧化物夾雜物是鋼材造成腐蝕的根源，復合夾雜物的影響更大，而單獨的氧化物夾雜不會造成點蝕現象。
（７）夾雜物對表面光潔度的影響：夾雜物都使鋼的表面光潔度下降，氧化物夾雜是最主要的，鋼的表面光潔度隨夾雜物數量的增加而下降，夾雜物的本性影響不是很大。
（８）夾雜物對焊接效能的影響：硫化物夾雜和大型氧化物夾雜都使鋼材的焊接效能下降。
c夾雜物的**
按鋼的冶煉流程，在以下各個環節都有可能引起鑄坯產生夾雜物
1.轉爐出鋼下渣
擋渣出鋼效果相對較差，出鋼時帶入鋼包中的爐渣較多，再加上使用過的鋼包有的不太乾淨，出鋼時很多剩渣夾裹在鋼水中，汙染了鋼水。有的爐次吹氣精煉不好，直接澆注，脫氧產物及鋼水中懸浮的爐渣不能充分上浮，也造成鋼水的汙染。
2.鋼包、中間包包襯侵蝕物
在生產過程中如果鋼包包襯侵蝕物進入鋼水，尤其是ｌｆ精煉爐公升溫時對鋼包上部打結料的侵蝕嚴重，會造成包襯侵蝕汙染鋼水。大量的中間包填充料（粘土磚粉）和絕熱板殘塊進入鋼水也會造成汙染，而被中間包填充料汙染的鋼水極易通過浸入式水口進入結晶器，所形成的夾雜物的尺寸也是最大的，對鋼板效能的破壞亦最明顯。另外，澆注後期塗料侵蝕透後，中間包打結料侵蝕進入鋼水也造成汙染。
3.鋼水二次氧化
鋼水由大包到中蜘包應採用全程密封保護，但在實際使用中，上部鋼流往往暴露與空氣中造成二次氧化。還有澆注過程中用氧氣燒高壓保護箱內壁上的鋼瘤等時形成的氧化物極易進入結晶器凝入坯殼。
4.中間包汙染
澆注過程中，上下爐鋼水連線時，往往由於生產組織或其它方面的原因，
造成連線不好，下爐鋼水不能及時再澆，中間包液面過低，上層的渣子隨水口渦旋進入結晶器。中間包不乾淨，雜物及耐火材料碎塊也汙染鋼水。
5.結晶器液面波動
如果中間包塞棒開閉和拉速調整是由人工控制，結晶器有時液面波動較大，並且前一時期浸入式水口側孔角度偏小，插入深度經常變化以改變水口渣線的位置，都加劇了結晶器液面的波動，保護渣被鋼流衝至水口到側弧板１／２的位置聚集，並被鋼流捲入鋼水中，而結晶器面上下波動最易造成鑄坯彎月面處初生坯殼皮下裹渣。
三、儀器與裝置
金相顯微鏡是利用光線的反射將不透明物體（如金屬、岩石、塑料等）放大後進行觀察的。 金相顯微鏡主要利用放大鏡的原理，但是一般放大鏡的倍數在2.5～25倍之間，若要進一步提高放大倍數，將會由於透鏡焦距縮短使其表面曲率過分增大，而使所形成的影象模糊不清，所以為了得到高倍放大而又清晰的影象，就得採用多個透鏡組成的顯微鏡。
金相顯微鏡的構造
金相顯微鏡的種類和型式很多，最常見的有台式、立式和臥式金相顯微鏡三大類。金相顯微鏡的構造通常由光學系統、照明系統和機械系統三大部分組成，有時顯微鏡還附設有照相攝影裝置 。
（1）光學系統
如圖所示，由燈泡1發出一束光線，經聚光透鏡2的會聚和反光鏡8的反射，將光線聚集在孔徑光欄9上，之後經過聚光鏡3，再度將光聚集在物鏡的後焦面上，最後光線通過物鏡使試樣表面得到充分均勻的照明，從試樣反射回來的光線再經過物鏡組6、輔助透鏡5、半反射鏡4、輔助透鏡11以及稜鏡12和稜鏡13等造成乙個被觀察物體的倒立的放大的實像，該像再經過目鏡14和15的兩次放大，觀察者就能在目鏡視場中**到最後被放大的像。
（2）照明系統
照明系統是儀器的主要組成部分，在底座內有一低壓（6～8v，15w）燈泡，由變壓器降壓供電，靠次級電壓調節改變亮度。此外再通過聚光鏡、孔徑光欄、視場光欄以及反光鏡的一系列的透鏡作用和配合，使試樣表面獲得充分均勻的照明。
（3）機械系統
金相顯微鏡的機械系統主要有顯微鏡的調焦裝置和載物台。在顯微鏡鏡體兩側有粗調和微調調焦手輪通過內部齒輪傳動，使支撐載物台的彎臂作上下運動。載物台用於放置金相試樣，與下面托盤之間有導架，可在水平面的一定範圍內十字定向運動，以改變試樣的觀察部位。
四.實驗步驟
1. 細磨：用由粗到細的各號金相砂紙。以消除粗磨時留下的磨痕，以得到平整而光滑的磨麵，並為下一步的拋光做準備。
2. 拋光：機械拋光---拋光布、拋光液。靠極細的拋光粉對磨麵的機械作用來消除磨痕而使其成為光滑的鏡面。
3. 侵蝕：化學浸蝕法---是將拋光好的試樣磨麵在化學浸蝕劑中。鋼鐵材料最常用的侵蝕劑為3～4%的硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液。
4. 觀察：將侵蝕後的鋼樣放在光學金相顯微鏡下觀察，用50倍和200倍進行觀察鋼的金相。
5. 實驗**
6. 實驗分析
在金相顯微鏡下可以看到有一些平行的條紋，應該是在磨製時產生的劃痕。較為明顯的黑色的部分可能是鋼中細微的夾雜物，大小約50微公尺。在圖中還有一些尺寸較小的不明顯的黑色，有可能是尺寸更小的夾雜物，也有可能是表面未清洗乾淨殘留的一些灰塵。
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