Hướng dẫn xác định và truy tìm các vùi nội sinh và ngoại sinh trong lò

Trong quá trình nấu chảy lò cảm ứng, tạp chất là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng của vật đúc. Chúng phá vỡ tính liên tục của ma trận kim loại, đóng vai trò là điểm tập trung ứng suất và vị trí bắt đầu vết nứt, làm giảm đáng kể tính chất cơ học của vật liệu, chẳng hạn như sức mạnh, độ dẻo, và cuộc sống mệt mỏi. Phân biệt chính xác nguồn gốc của những tạp chất này - liệu chúng có phải là “nội sinh” sản phẩm của quá trình nóng chảy hoặc “ngoại sinh” chất gây ô nhiễm được đưa vào từ các nguồn bên ngoài—là điều kiện tiên quyết cơ bản để thực hiện các biện pháp kiểm soát hiệu quả và giải quyết các vấn đề về chất lượng.

Hướng dẫn này sẽ tập trung vào hai kỹ thuật phân tích vi mô cốt lõi: Phân tích kim loại Và Kính hiển vi điện tử quét/Quang phổ tán sắc năng lượng (CÁI MÀ/EDS) Phân tích.

Phần 1: Phân loại và đặc điểm cơ bản của tạp chất

Thể vùi nội sinh

• Sự định nghĩa: Sản phẩm hình thành từ các phản ứng hóa học xảy ra trong thép hoặc sắt nóng chảy trong quá trình nấu chảy, tinh chỉnh, và sự đông đặc.
• Cơ chế hình thành:
  • Sản phẩm khử oxy: Các oxit hình thành sau khi khử oxy (ví dụ., Và, Mn, Al) được thêm vào để loại bỏ oxy khỏi kim loại lỏng, như SiO2, MnO, và Al2O3.
  • kết tủa: Một số yếu tố (ví dụ., S, N) mà độ hòa tan trong kim loại lỏng hoặc rắn giảm theo nhiệt độ sẽ kết tủa và kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành sunfua và nitrua, như MnS và TiN.
• Đặc điểm chung:
  • Kích cỡ: Thường nhỏ, thường ở phạm vi micron.
  • Phân bổ: Tương đối phân tán và đồng đều.
  • Hình dạng: Thể hiện sự đều đặn nhất định, thường có hình cầu, dấu chấm câu, hình trục chính, hoặc dạng dây chuyền.

Tạp chất ngoại sinh

• Sự định nghĩa: Các chất phi kim loại được đưa vào kim loại nóng chảy một cách cơ học từ các nguồn bên ngoài.
• Nguồn:
  • Vật liệu chịu lửa: sự va đập, xói mòn, hoặc ăn mòn lớp lót chịu lửa từ lò, cái muôi, hoặc dư thừa, chẳng hạn như Al2O3−SiO2, magie, hoặc hạt Spinel.
  • Xỉ/phủ phủ: Xỉ không được hớt đúng cách hoặc bị cuốn vào trong quá trình khai thác.
  • Vật liệu tính phí: rỉ sét không sạch, cát (SiO2), hoặc bụi bẩn trên bề mặt thép phế, gang.
  • Vật liệu đúc: Các hạt cát bị cuốn vào khoang khuôn trong quá trình đúc cát.
• Đặc điểm chung:
  • Kích cỡ: Thường lớn, đôi khi thậm chí có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
  • Phân bổ: không đồng đều, thường xuất hiện lớn, hình khối, và các cụm nằm ngẫu nhiên.
  • Hình dạng: Cực kỳ bất thường, với những góc nhọn.

Phần 2: Phương pháp xác định và phân tích

Bước chân 1: Phân tích kim loại (Quan sát định tính và hình thái sơ bộ)

Kính hiển vi kim loại là công cụ sàng lọc chính và nhanh nhất. Bằng cách quan sát hình ảnh kim loại của một vật được đánh bóng (không khắc) vật mẫu, phán quyết sơ bộ có thể được đưa ra dựa trên việc đưa vào hình thái học, kích cỡ, màu sắc, phân bổ, Và độ cứng (vết đánh bóng).

Đặc điểm kim loại của các thể vùi nội sinh:

sunfua (MnS): Xuất hiện màu xám và dẻo. Nó biến dạng trong quá trình gia công nóng và kéo dài thành các thanh dọc hoặc hình trục chính theo hướng cán. Ở trạng thái đúc, nó thường xuất hiện dưới dạng các chấm hoặc mạng ở ranh giới hạt.

Oxit (AL2O3): Cứng và giòn không có độ dẻo. Nó tồn tại trong thép với kích thước nhỏ, các hạt có điểm nóng chảy cao xuất hiện màu đen hoặc xám đen. Trong thép bị giết, họ có xu hướng tụ tập, hình thành chuỗi hoặc nhóm ở ranh giới hạt. Do độ cứng cao của chúng, chúng dễ dàng kéo ra trong quá trình đánh bóng, bỏ lại phía sau “đuôi sao chổi” hoặc hố xung quanh bao thể.

silicat (SiO2−MnO): Có độ dẻo giữa sunfua và alumina. Nó thường có hình cầu hoặc hình elip và sẽ thon dài khi gia công nóng, nhưng ở mức độ thấp hơn MnS. Nó xuất hiện màu đen hoặc xám đen, thường giống như một pha thủy tinh.

Đặc điểm kim loại của tạp chất ngoại sinh:

Vật liệu chịu lửa: Kích thước khổng lồ, với hình dạng cực kỳ bất thường và các đặc điểm góc cạnh khác biệt. Nó thường là một cấu trúc nhiều pha, với các hạt có thể nhìn thấy được của các pha khoáng khác nhau. Nó xuất hiện ngẫu nhiên và thường có kích thước lớn, khối biệt lập.

Xỉ bị cuốn theo: Cũng thường có kích thước lớn và hình dạng không đều, nhưng có các cạnh tròn hơn so với vật liệu chịu lửa. Màu sắc rất đa dạng, có thể xuất hiện dưới dạng pha thủy tinh trong suốt hoặc mờ.

Bản tóm tắt: Trong ảnh kim loại, “kích thước lớn, hình dạng không đều và góc cạnh, phân phối ngẫu nhiên và cô lập” là những dấu hiệu điển hình của sự bao gồm ngoại sinh. Ngược lại, “kích thước nhỏ, hình dạng đều đặn (hình cầu/dây), và phân bố phân tán” biểu thị nhiều hơn về sự bao gồm nội sinh.

Bước chân 2: Phân tích SEM/EDS (Xác nhận và truy tìm thành phần chính xác)

Khi phân tích kim loại đưa ra phán đoán sơ bộ, SEM/EDS là “tiêu chuẩn vàng” để xác nhận và truy tìm lần cuối.

• CÁI MÀ (Kính hiển vi điện tử quét): Cung cấp độ phóng đại cao hơn và độ sâu trường ảnh lớn hơn kính hiển vi kim loại, cho phép có cái nhìn rõ ràng hơn về hình thái vi mô và cấu trúc nhiều pha của thể vùi.
• EDS (Quang phổ tán sắc năng lượng): Thực hiện phân tích nguyên tố định tính và bán định lượng trên một khu vực vi mô đã chọn, đó là chìa khóa để truy tìm nguồn gốc của sự bao gồm.

Sự khác biệt về phổ EDS của nội sinh so với. Tạp chất ngoại sinh

Ví dụ về theo dõi mục tiêu:

• Kết quả EDS để đưa vào là Mg,Al,ồ → Mục tiêu: Kiểm tra xem muôi hoặc lớp lót lò nung magie-nhôm có bị nứt vỡ hoặc bị ăn mòn nghiêm trọng không.
• Kết quả EDS để đưa vào là Ca,Và,Al,ồ → Mục tiêu: Xem lại quá trình hớt xỉ, tối ưu hóa đập xỉ hoặc quy trình khai thác để ngăn xỉ bám vào.
• Các thể vùi Al2O3 quá mức được tìm thấy trong các cụm → Mục tiêu: Đây không phải là vấn đề bên ngoài. Quá trình khử oxy nhôm cần được tối ưu hóa, Ví dụ, bằng cách điều chỉnh thời gian hoặc lượng bổ sung nhôm, hoặc bằng cách xem xét cấp dây hoặc xử lý canxi để thay đổi các tạp chất và cải thiện khả năng nổi của chúng.

Phần 3: Hướng dẫn tóm tắt và hành động

Phần kết luận: Bằng cách sử dụng phương pháp kết hợp của “kim loại học cho hình thái học, SEM/EDS cho bố cục,” bạn có thể xác định rất chính xác sự bao gồm trong lò nung cảm ứng.

• Sàng lọc sơ bộ: Sử dụng kính hiển vi kim loại để quét nhanh các mẫu và thực hiện phân loại sơ bộ trong hơn 90% của các thể vùi dựa trên kích thước và hình thái của chúng.
• Chẩn đoán chính xác: Tiến hành phân tích SEM/EDS trên các mẫu điển hình, khả nghi, hoặc các tạp chất lớn được tìm thấy trong kỹ thuật luyện kim để thu được thành phần hóa học chính xác của chúng.
• Truy tìm chính xác: So sánh thành phần EDS với các vật liệu được sử dụng trong quá trình nấu chảy—chẳng hạn như vật liệu chịu lửa, xỉ, và tính phí vật liệu—để xác định nguồn.

Phương pháp này biến đổi vấn đề mơ hồ của “có những tạp chất trong quá trình đúc” vào một chẩn đoán chính xác như “vật đúc có chứa các hạt Spinel magie-nhôm có nguồn gốc từ lớp lót lò XX.” Điều này cung cấp mục tiêu rõ ràng và chính xác để cải tiến quy trình, tránh lãng phí thời gian và chi phí cho việc điều chỉnh mù quáng.