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)。

(2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe. Mn) S的固溶体。

当加Al过多时可能以A12S3的形态出现。

(3)氮化物：如TiN, ZrN 等3．按夹杂物的变形性能分类当钢进行热加工时，例如：轧制时，夹杂物此时是否也变形，它对钢的性能有明显的影响。

为此，把夹杂物分为三类：(1)脆性：这类夹杂物完全没有塑性，在热加工时，尺寸和形状都没有变化，属于这一类的主要是A1203、Cr203等，它们属于高熔点的夹杂物。

(2)塑性：钢在加工变形时，夹杂物也能随之变形，形成条状，属于这类的有硫化物以及含SiO240--60％的铁、锰硅酸盐。

(3)球状（或点状）不变形：属于这类的有Si02 及SiO2 >70％的硅酸盐。

4．按尺寸大小分类，可分三类：(1)大型：尺寸> 100微米。

(2)中型：也叫显微型，尺寸1-100微米。

(3)小型：也叫超显微型，尺寸＜100微米。

B 夹杂物对钢质量和性能的影响非金属夹杂物降低了钢的塑性、韧性和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。

在某些特殊场合下夹杂物也能起到好的作用。

（１）夹杂物对强度的影响：当夹杂物颗粒比较大（＞１０μｍ），特别是夹杂物含量较低时。

明显降低钢的屈服强度，且同时降低钢的抗拉强度；当夹杂物颗粒小到一定尺寸（＜０．３μｍ）时，钢的屈服强度和抗拉强度都将提高。

当钢中弥散的小颗粒的夹杂物数量增加时。

钢的屈服强度和抗拉强度都有所提高，但延伸率有很小的下降。

（２）夹杂物对延伸性的影响：通常夹杂物对钢材的纵向延伸性的影响不大，而对横向延伸性的影响很显著。

横向断面收缩率随夹杂物总量和带状夹杂物数量的增加而显著降低，而带状夹杂物多为硫化物。

（３）夹杂物对韧性的影响：随硫化物夹杂数量和长度的增加，钢材的纵向、横向冲击韧性、断裂韧性都明显下降…。

由于圆柱坯中夹杂物在截面上的分布极为不均，且硫化物夹杂多为带状，因此夹杂物明显降低了管坯的韧性。

（４）夹杂物对切削性能的影响：球状的硫化物夹杂能显著提高钢材的切削性能，且硫化物颗粒愈大，钢材切削性愈好．Al2O3、Cr2O3、MnO·Al2O3和钙铝酸盐类氧化物夹杂在很大程度上降低了钢材的切削性，但MnO－SiO2－Al2O3系和CaO-SiO2-Al2O3系中某些成分范围内的夹杂物却能提高钢材的切削性。

（５）夹杂物对疲劳性能的影响：夹杂物都使钢材的抗疲劳性能下降，脆性夹杂比塑性夹杂的影响更大，外来大型氧化物夹杂更明显。

（６）夹杂物对抗腐蚀性能的影响：硫化物和硫化物复合的某些氧化物夹杂物是钢材造成腐蚀的根源，复合夹杂物的影响更大，而单独的氧化物夹杂不会造成点蚀现象。

（７）夹杂物对表面光洁度的影响：夹杂物都使钢的表面光洁度下降，氧化物夹杂是最主要的，钢的表面光洁度随夹杂物数量的增加而下降，夹杂物的本性影响不是很大。

（８）夹杂物对焊接性能的影响：硫化物夹杂和大型氧化物夹杂都使钢材的焊接性能下降。

C 夹杂物的来源按钢的冶炼流程，在以下各个环节都有可能引起铸坯产生夹杂物1.转炉出钢下渣挡渣出钢效果相对较差，出钢时带入钢包中的炉渣较多，再加上使用过的钢包有的不太干净，出钢时很多剩渣夹裹在钢水中，污染了钢水。

有的炉次吹气精炼不好，直接浇注，脱氧产物及钢水中悬浮的炉渣不能充分上浮，也造成钢水的污染。

2.钢包、中间包包衬侵蚀物在生产过程中如果钢包包衬侵蚀物进入钢水，尤其是ＬＦ精炼炉升温时对钢包上部打结料的侵蚀严重，会造成包衬侵蚀污染钢水。

大量的中间包填充料（粘土砖粉）和绝热板残块进入钢水也会造成污染，而被中间包填充料污染的钢水极易通过浸入式水口进入结晶器，所形成的夹杂物的尺寸也是最大的，对钢板性能的破坏亦最明显。

另外，浇注后期涂料侵蚀透后，中间包打结料侵蚀进入钢水也造成污染。

3.钢水二次氧化钢水由大包到中蜘包应采用全程密封保护，但在实际使用中，上部钢流往往暴露与空气中造成二次氧化。

还有浇注过程中用氧气烧高压保护箱内壁上的钢瘤等时形成的氧化物极易进入结晶器凝入坯壳。

4.中间包污染浇注过程中，上下炉钢水连接时，往往由于生产组织或其它方面的原因，造成连接不好，下炉钢水不能及时再浇，中间包液面过低，上层的渣子随水口涡旋进入结晶器。

中间包不干净，杂物及耐火材料碎块也污染钢水。

5.结晶器液面波动如果中间包塞棒开闭和拉速调整是由人工控制，结晶器有时液面波动较大，并且前一时期浸入式水口侧孔角度偏小，插入深度经常变化以改变水口渣线的位置，都加剧了结晶器液面的波动，保护渣被钢流冲至水口到侧弧板１／２的位置聚集，并被钢流卷入钢水中，而结晶器面上下波动最易造成铸坯弯月面处初生坯壳皮下裹渣。

三、仪器与设备金相显微镜是利用光线的反射将不透明物体（如金属、岩石、塑料等）放大后进行观察的。

金相显微镜主要利用放大镜的原理，但是一般放大镜的倍数在2.5～25倍之间，若要进一步提高放大倍数，将会由于透镜焦距缩短使其表面曲率过分增大，而使所形成的影象模糊不清，所以为了得到高倍放大而又清晰的影象，就得采用多个透镜组成的显微镜。

金相显微镜的构造金相显微镜的种类和型式很多，最常见的有台式、立式和卧式金相显微镜三大类。

金相显微镜的构造通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成，有时显微镜还附设有照相摄影装置。

（1）光学系统如图所示，由灯泡1发出一束光线，经聚光透镜2的会聚和反光镜8的反射，将光线聚集在孔径光栏9上，之后经过聚光镜3，再度将光聚集在物镜的后焦面上，最后光线通过物镜使试样表面得到充分均匀的照明，从试样反射回来的光线再经过物镜组6、辅助透镜5、半反射镜4、辅助透镜11以及棱镜12和棱镜13等造成一个被观察物体的倒立的放大的实像，该像再经过目镜14和15的两次放大，观察者就能在目镜视场中观看到最后被放大的像。

（2）照明系统照明系统是仪器的主要组成部分，在底座内有一低压（6～8V，15W）灯泡，由变压器降压供电，靠次级电压调节改变亮度。

此外再通过聚光镜、孔径光栏、视场光栏以及反光镜的一系列的透镜作用和配合，使试样表面获得充分均匀的照明。

（3）机械系统金相显微镜的机械系统主要有显微镜的调焦装置和载物台。

在显微镜镜体两侧有粗调和微调调焦手轮通过内部齿轮传动，使支撑载物台的弯臂作上下运动。

载物台用于放置金相试样，与下面托盘之间有导架，可在水平面的一定范围内十字定向运动，以改变试样的观察部位。

四.实验步骤1.细磨：用由粗到细的各号金相砂纸。

以消除粗磨时留下的磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并为下一步的抛光做准备。

2.抛光：机械抛光---抛光布、抛光液。

靠极细的抛光粉对磨面的机械作用来消除磨痕而使其成为光滑的镜面。

3.侵蚀：化学浸蚀法---是将抛光好的试样磨面在化学浸蚀剂中。

钢铁材料最常用的侵蚀剂为3～4%的硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液。

4.观察：将侵蚀后的钢样放在光学金相显微镜下观察，用50倍和200倍进行观察钢的金相。

五.实验图片六.实验分析在金相显微镜下可以看到有一些平行的条纹，应该是在磨制时产生的划痕。

较为明显的黑色的部分可能是钢中细微的夹杂物，大小约50微米。

在图中还有一些尺寸较小的不明显的黑色，有可能是尺寸更小的夹杂物，也有可能是表面未清洗干净残留的一些灰尘。