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鋼中非金屬夾雜物標準圖譜及評定方法的發展動態


 評定鋼中非金屬夾雜物是研究金屬結構與內在質量的一種重要方法,尤其是非金屬夾雜物的顯微評定方法,更是各國冶金學者長期研究課題。隨著顯微設備和電子金相技術的發展,用自動圖像儀及軟件評定鋼中非金屬夾雜物的方法已經愈來愈多地用于科學研究和生產檢驗。美國金屬材料協會(ASTM) 已經制定了2 個標準:ASTM E1122 和ASTM E1245 。
但是,應用光學顯微鏡測定鋼中非金屬夾雜物的標準圖譜評級方法,無論是過去還是現在都在被*廣泛采用。*新修訂發布的國際標準ISO4967 - 1998《用標準圖譜評定鋼中非金屬夾雜物的顯微方法》和美國ASTM E45 - 97《鋼中非金屬夾雜物含量測定方法》對標準圖譜及評定方法都做了較大修改,較好地解決了用光學顯微鏡評定鋼中非金屬夾雜物含量存在的一系列問題,使標準圖譜及評定方法日趨完善。
美國ASTM E45 標準的歷史*早、內容*多、使用*廣,在國際上也影響*大。該標準于1942 年首次發布時,就將J K(Jernkontoret) 圖作為它的圖Ⅰ,后經1947 年、1963 年、1976 年、1981 年、1985 年、1987年、1989 年、1995 年和1997 年九次修訂,使標準日趨完善。ASTM E45 - 97 內容較全,包括宏觀檢驗法和顯微檢驗法。宏觀檢驗法有酸浸低倍檢驗、斷口檢驗、塔形檢驗和磁粉檢;顯微檢驗法根據其具體檢驗方法不同又分為A 法、B 法、C 法、D 法和E 法。該標準附有圖Ⅰ- r 和圖Ⅱ兩套評級圖,圖Ⅰ- r 是原J K圖和修改的J K圖合并后制作的;圖Ⅱ是采用美國汽車工程師學會SAE J 422a 的標準圖譜,主要用于滲碳軸承鋼。
目前,國際標準化( ISO) 和許多國家都參照采用了ASTM E45 標準。我國的GB10561 - 89 鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法是等效采用ISO4967 - 79 標準制定的。有關國內外標準的對比分析過去已做過多次介紹,本文著重對*新的ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 標準的修訂情況做些介紹。
國際標準ISO4967 - 1998 也是參照美國ASTME45 - 97 標準修訂的。這兩個標準在標準適用范圍、標準圖譜及評定方法等方面作了較大地修改,具體說明如下。ISO4967 - 1998 和ASTM E45 - 97 標準中均明確規定,該標準也是可用于評定碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和金屬間化合物等。ISO4967 標準還明確規定了評定方法是將這類夾雜物的形狀與標準圖譜進行比較,并注明其化學特性,例如:球狀硫化物可作為D 類夾雜物評定,但在試驗報告中應加注一個下標表示,如:Dsulf ;DDup表示球狀復相夾雜物,如硫化鈣外包裹著氧化鋁。
2 夾雜物的分類
ASTM E45 - 97 標準仍將夾雜物按形態和分布分為四類,即A(硫化物類) 、B 類(氧化鋁類) 、C(硅酸鹽類) 和D(球狀氧化物類) ;而ISO4967 - 1998 標準將夾雜物分為五類,即除上述四種外,還增加了DS(單顆粒球類) 。ISO4967 - 1998 標準還對五類夾雜物的類型和形態作了如下具體描述:
A 類(硫化物類) :具有高的延展性,單個灰色顆粒有較大的壓縮比(長度/ 寬度) ,一般尾端呈鈍角;
B 類(氧化鋁類) :大多數沒有變形,有角的,壓縮比小(一般小于3) ,黑色或黑藍的顆粒,沿軋制方向排成一行(至少有3 個顆粒)
C 類(硅酸鹽類) :具有高的延展性,單個呈黑色或深灰色顆粒,壓縮比較大(一般大于或等于3) ,一般尾端呈尖角;
D 類(球狀氧化物類) :不變形、角狀或圓形,壓縮比小(一般小于3) ,黑色或藍黑色,任意分布的顆粒;
DS 類(單顆粒球類) :圓形或近似圓形,直徑大于或等于13μm 的單顆粒夾雜物。
此外,兩個標準還都增加了一個名為“St ring”的術語。在ASTM E45 - 97 標準中“St ring”的定義是:
一個單獨的夾雜物沿變形方向被大大地拉伸,或者三個或三個以上的B 類或C 類夾雜物在一個平面內呈直線排列,并與熱加工方向平行,彼此之間的偏離不大于15μm ,且兩個相鄰夾雜物之間的間距小于40μm。
3 標準評級圖譜
ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 標準均對標準評級圖譜作了進一步改進。
ASTM E45 - 97 標準共有2 套評級圖,其中評級Ⅰ- r 是在J K(原評級圖Ⅰ) 和修改的J K 圖(原評級圖Ⅲ) 的基礎上修改的。評級圖分為A、B、C、D 四類,每類分粗系和細系兩個系列,從015~3 各分為6級(015 、110 、115 、210 、215 、310) ,共48 張圖片。評級圖Ⅱ是美國汽車工程師學會(SAE) 手冊中J 422“鋼中夾雜物推薦測定方法”中的SAE 評級圖,包括氧化物和硅酸鹽兩套圖片,每套各分8 級(從1~8 級) ,共16 張圖片。
ISO4967 - 1998 標準評級圖是在ASTM E45 -1997 標準評級圖Ⅰ- r 基礎上略作修改,并增加了1套單顆粒球狀氧化物DS 評級圖,共有54 張圖片,評級圖分為A、B、C、D、DS 五類,A、B、C、D 類評級圖同ASTM E45 ,DS 類評級圖分6 個級別(015 、1 、115 、2 、215 、3 級) 。
ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 標準評級圖的級別均隨夾雜物的長度(A、B、D 類夾雜物) 、個數(D 類夾雜物) 及直徑(DS 類夾雜物) 的增加而增加。同類同系列夾雜物的厚度、直徑是相同的,與級別無關;同上等別的同類夾雜物,其長度和個數相同,與粗系、細系無關。表1 和表2 分別給出了兩個標準圖譜中對夾雜物長度(或個數) 、厚度及直徑標準尺寸。
以下幾點需要特別說明:
①表1 中夾雜物的*長度, ISO4967 標準只給到3 級,這是因為ISO4967 標準的附錄D(標準件) 中給出了夾雜物的長度與級別的關系公式及曲線圖,可由夾雜物的測量值計算出夾雜物的級別數,例如:A 類硫化物,長度(L) 用μm 表示:
lg (i) =〔0. 5605lg (L) 〕- 1. 179
也可由夾雜物的級別計算出夾雜物的長度,例如:A 類硫化物,長度(L) 用μm 表示:
lg (L) =〔1. 784lg (i) 〕+ 2. 104
因此,*小長度大于3 級的夾雜物, ISO4967 標準是由附錄D 的公式或曲線得出其級別數的。這種方法*大的優點是提高了再現性和重復性。
②ASTM E45 標準此次修訂,對夾雜物的*小長度值作了修改,015 級夾雜物的長度變化*大;D 類夾雜物的個數也作了修改,上等別(個數多) 修改的*大。詳細情況見表3 。據說,此次修訂是在產品標準規定的合格級別的基礎上進行的,并盡量與自動評級法相一致。
③由表2 可知, ISO4967 - 1998 標準中D 類夾雜物(細系) *小直徑比ASTM E45 - 97 標準中的規定值大1μm。
 
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