คู่มือการระบุและการติดตามสิ่งเจือปนจากภายนอกและจากภายนอกในการหลอมละลายของเตาเหนี่ยวนำ

ในระหว่างกระบวนการหลอมเตาเหนี่ยวนำ, การรวมเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพขั้นสุดท้ายของการหล่อ. พวกมันรบกวนความต่อเนื่องของเมทริกซ์โลหะ, ทำหน้าที่เป็นจุดรวมความเครียดและจุดเริ่มต้นรอยแตก, ซึ่งลดคุณสมบัติทางกลของวัสดุลงอย่างมาก, เช่นความแข็งแกร่ง, ความเหนียว, และชีวิตที่เหนื่อยล้า. แยกแหล่งที่มาของการรวมเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำไม่ว่าจะอยู่หรือไม่ก็ตาม “ภายนอก” ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการหลอมหรือ “ภายนอก” สารปนเปื้อนที่นำเข้ามาจากแหล่งภายนอก—เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นขั้นพื้นฐานสำหรับการดำเนินมาตรการควบคุมที่มีประสิทธิผลและการแก้ไขปัญหาด้านคุณภาพ.

คู่มือนี้จะเน้นไปที่เทคนิคการวิเคราะห์ระดับจุลภาคหลักสองประการ: การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา และ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน/สเปกโทรสโกปีการกระจายพลังงาน (ที่/ส.ส) การวิเคราะห์.

ส่วนหนึ่ง 1: การจำแนกประเภทและลักษณะพื้นฐานของการรวม

การรวมภายนอก

• คำนิยาม: ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในเหล็กหลอมเหลวหรือเหล็กในระหว่างการหลอม, การกลั่นกรอง, และการแข็งตัว.
• กลไกการก่อตัว:
  • ผลิตภัณฑ์กำจัดออกซิเดชัน: ออกไซด์เกิดขึ้นหลังจากดีออกซิไดเซอร์ (เช่น, และ, MN, อัล) ถูกเติมเพื่อขจัดออกซิเจนออกจากโลหะเหลว, เช่น SiO2, เอ็มเอ็นโอ, และ Al2O3.
  • ตกตะกอน: องค์ประกอบบางอย่าง (เช่น, ส, เอ็น) ซึ่งความสามารถในการละลายในของเหลวหรือโลหะแข็งลดลงตามอุณหภูมิจะตกตะกอนออกมารวมกับธาตุอื่นเกิดเป็นซัลไฟด์และไนไตรด์, เช่น MnS และ TiN.
• ลักษณะทั่วไป:
  • ขนาด: มักจะมีขนาดเล็ก, มักจะอยู่ในช่วงไมครอน.
  • การกระจาย: ค่อนข้างกระจัดกระจายและสม่ำเสมอ.
  • รูปร่าง: แสดงความสม่ำเสมอบางอย่าง, มักเป็นทรงกลม, ตรงต่อเวลา, รูปแกนหมุน, หรือแบบลูกโซ่.

การรวมภายนอก

• คำนิยาม: สารอโลหะที่นำเข้าไปในโลหะหลอมเหลวจากแหล่งภายนอกโดยใช้กลไก.
• แหล่งที่มา:
  • วัสดุทนไฟ: สปอลลิ่ง, การกัดเซาะ, หรือการกัดกร่อนของวัสดุทนไฟจากเตาเผา, ทัพพี, หรือเป็นคนขี้อาย, เช่น Al2O3−SiO2, แมกนีเซีย, หรืออนุภาคสปิเนล.
  • ตะกรัน/ฟลักซ์การปกปิด: ตะกรันที่ไม่ได้มีไขมันต่ำอย่างเหมาะสมหรือถูกกักไว้ระหว่างการกรีด.
  • ชาร์จวัสดุ: สนิมที่ไม่สะอาด, ทราย (SiO2), หรือสิ่งสกปรกบนผิวเศษเหล็กหรือเหล็กหมู.
  • วัสดุการขึ้นรูป: เม็ดทรายที่ถูกกักไว้จากโพรงแม่พิมพ์ระหว่างการหล่อทราย.
• ลักษณะทั่วไป:
  • ขนาด: มักจะใหญ่, บางครั้งก็มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า.
  • การกระจาย: ไม่สม่ำเสมอ, มักจะดูใหญ่โต, บล็อค, และกลุ่มที่ตั้งแบบสุ่ม.
  • รูปร่าง: ผิดปกติอย่างมาก, ด้วยมุมที่เฉียบคม.

ส่วนหนึ่ง 2: วิธีการระบุและวิเคราะห์

ขั้นตอน 1: การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา (การสังเกตเชิงคุณภาพและสัณฐานวิทยาเบื้องต้น)

กล้องจุลทรรศน์โลหะเป็นเครื่องมือคัดกรองหลักและรวดเร็วที่สุด. โดยสังเกตจากภาพโลหะที่ขัดเงาแล้ว (ไม่ได้แกะสลัก) ตัวอย่าง, การตัดสินเบื้องต้นสามารถทำได้โดยพิจารณาจากการรวมไว้ สัณฐานวิทยา, ขนาด, สี, การกระจาย, และ ความแข็ง (เครื่องหมายขัดเงา).

คุณสมบัติทางโลหะวิทยาของการรวมภายนอก:

ซัลไฟด์ (MnS): ปรากฏเป็นสีเทาและมีความเหนียว. มันเปลี่ยนรูปในระหว่างการทำงานที่ร้อนและยืดออกเป็นรูปคานหรือแกนหมุนในทิศทางการหมุน. ในสภาพหล่อ, มักปรากฏเป็นจุดหรือโครงข่ายที่ขอบเขตลายไม้.

ออกไซด์ (Al2O3): แข็งและเปราะไม่มีความเหนียว. มันมีอยู่ในเหล็กที่มีขนาดเล็ก, อนุภาคที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่ปรากฏเป็นสีดำหรือสีเทาเข้ม. ในเหล็กที่ถูกฆ่า, พวกเขามีแนวโน้มที่จะรวมกลุ่มกัน, ก่อตัวเป็นโซ่หรือกลุ่มตามขอบเขตของเมล็ดข้าว. เนื่องจากมีความแข็งสูง, ดึงออกมาได้ง่ายระหว่างการขัดเงา, ทิ้งไว้ข้างหลัง “หางดาวหาง” หรือหลุมรอบๆ รวม.

ซิลิเกต (SiO2−MnO): มีความเป็นพลาสติกระหว่างซัลไฟด์กับอลูมินา. โดยทั่วไปจะเป็นทรงกลมหรือทรงรี และจะยืดออกระหว่างการทำงานที่ร้อน, แต่น้อยกว่า MnS. ปรากฏเป็นสีดำหรือสีเทาเข้ม, มักมีลักษณะเป็นช่วงที่เป็นแก้ว.

คุณลักษณะทางโลหะวิทยาของการรวมภายนอก:

Spalling ทนไฟ: มีขนาดมหึมา, ด้วยรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมออย่างมากและลักษณะเชิงมุมที่ชัดเจน. โดยปกติจะเป็นโครงสร้างแบบหลายเฟส, มีเม็ดแร่ธาตุต่างๆ ที่มองเห็นได้. มันปรากฏขึ้นแบบสุ่มและโดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่, บล็อกที่แยกได้.

ตะกรันที่ถูกกักขัง: โดยทั่วไปแล้วจะมีขนาดใหญ่และมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ, แต่มีขอบโค้งมนมากกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุทนไฟ. สีมีความหลากหลาย, อาจปรากฏเป็นเฟสแก้วใสหรือโปร่งแสง.

สรุป: ในภาพเมทัลโลกราฟิก, “ขนาดใหญ่, รูปร่างไม่สม่ำเสมอและเป็นเชิงมุม, การกระจายแบบสุ่มและแบบแยก” เป็นสัญญาณทั่วไปของการรวมจากภายนอก. ในทางตรงกันข้าม, “ขนาดเล็ก, รูปร่างปกติ (ทรงกลม/สตริงเกอร์), และการกระจายตัว” บ่งบอกถึงการรวมตัวจากภายนอกมากกว่า.

ขั้นตอน 2: การวิเคราะห์ SEM/EDS (การยืนยันและการติดตามองค์ประกอบที่แม่นยำ)

เมื่อการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาเป็นการตัดสินเบื้องต้น, SEM/EDS คือ “มาตรฐานทองคำ” เพื่อการยืนยันและติดตามขั้นสุดท้าย.

• ที่ (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน): ให้กำลังขยายที่สูงกว่าและความชัดลึกที่มากกว่ากล้องจุลทรรศน์ทางโลหะวิทยา, ช่วยให้มองเห็นจุลสัณฐานวิทยาและโครงสร้างหลายเฟสของการรวมได้ชัดเจนยิ่งขึ้น.
• ส.ส (สเปกโทรสโกปีการกระจายพลังงาน): ทำการวิเคราะห์องค์ประกอบเชิงคุณภาพและกึ่งปริมาณบนพื้นที่ย่อยที่เลือก, ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการติดตามแหล่งที่มาของการรวม.

ความแตกต่างใน EDS Spectra ของภายนอกกับภายนอก. การรวมภายนอก

ตัวอย่างการติดตามแบบกำหนดเป้าหมาย:

• ผลลัพธ์ EDS สำหรับการรวมคือ Mg,อัล,โอ → เป้า: ตรวจสอบว่ากระบวยแมกนีเซีย-อลูมินาสปิเนลหรือซับในเตาหลอมหลุดร่อนหรือสึกกร่อนอย่างรุนแรงหรือไม่.
• ผลลัพธ์ EDS สำหรับการรวมคือ Ca,และ,อัล,โอ → เป้า: ทบทวนกระบวนการกำจัดตะกรัน, เพิ่มประสิทธิภาพเขื่อนตะกรันหรือขั้นตอนการกรีดเพื่อป้องกันการสะสมของตะกรัน.
• พบการรวม Al2O3 มากเกินไปในกลุ่ม → เป้า: นี่ไม่ใช่ปัญหาภายนอก. ควรเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการกำจัดออกซิเดชันของอะลูมิเนียม, ตัวอย่างเช่น, โดยการปรับจังหวะหรือปริมาณการเติมอะลูมิเนียม, หรือโดยการพิจารณาการป้อนลวดหรือการบำบัดด้วยแคลเซียมเพื่อแก้ไขสิ่งที่เจือปนและปรับปรุงความสามารถในการลอยตัวของพวกมัน.

ส่วนหนึ่ง 3: คู่มือสรุปและการดำเนินการ

บทสรุป: โดยใช้วิธีการผสมผสานของ “โลหะวิทยาสำหรับสัณฐานวิทยา, SEM/EDS สำหรับการเรียบเรียง,” คุณสามารถระบุสิ่งที่รวมอยู่ในนั้นได้อย่างแม่นยำมาก เตาหลอมเหนี่ยวนำ.

• การคัดกรองเบื้องต้น: ใช้กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยาเพื่อสแกนตัวอย่างอย่างรวดเร็วและดำเนินการจำแนกประเภทเบื้องต้นเป็นเวลานาน 90% ของสารเจือปนตามขนาดและสัณฐานวิทยา.
• การวินิจฉัยที่แม่นยำ: ดำเนินการวิเคราะห์ SEM/EDS ตามปกติ, สงสัย, หรือการเจือปนขนาดใหญ่ที่พบในงานโลหะวิทยาเพื่อให้ได้องค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอน.
• การติดตามที่แม่นยำ: เปรียบเทียบองค์ประกอบ EDS กับวัสดุที่ใช้ในกระบวนการหลอม เช่น วัสดุทนไฟ, ตะกรัน, และชาร์จวัสดุ—เพื่อระบุแหล่งที่มา.

วิธีการนี้จะเปลี่ยนปัญหาที่คลุมเครือของ “มีการเจือปนในการหล่อ” เข้าสู่การวินิจฉัยที่แม่นยำเช่น “การหล่อประกอบด้วยอนุภาคแมกนีเซีย-อลูมินาสปิเนลที่เกิดจากซับในเตา XX” นี่เป็นเป้าหมายที่ชัดเจนและแม่นยำสำหรับการปรับปรุงกระบวนการ, หลีกเลี่ยงเวลาและต้นทุนที่สูญเปล่าในการปรับเปลี่ยนแบบปกปิด.