形成原因
非金属夹杂物的形成主要源于冶金过程中引入的杂质。这些杂质包括：
- 脱氧产物：在钢液脱氧过程中形成的氧化物，如SiO₂、Al₂O₃等。
- 脱硫产物：脱硫过程中形成的硫化物，如MnS。
- 耐火材料侵蚀产物：来自熔炼炉衬的侵蚀，如SiO₂、Al₂O₃。
- 外来夹杂物：如熔渣、金属氧化物、未熔化的合金元素等。
这些杂质在钢液凝固过程中会形成各种形态的夹杂物，其数量、大小、分布形态以及化学成分都直接影响着材料的性能。
夹杂物类型
常见的非金属夹杂物主要包括：
- 氧化物夹杂：如SiO₂（二氧化硅）、Al₂O₃（氧化铝）、MgO（氧化镁）等，通常呈球状或不规则形状。
- 硫化物夹杂：如MnS（硫化锰），通常呈条状或球状，对钢的力学性能有较大影响。
- 氮化物夹杂：如AlN（氮化铝），通常呈针状或颗粒状，影响钢的韧性。
- 复合夹杂：由多种元素组成的夹杂物，如氧化物与硫化物的复合夹杂。
不同类型的夹杂物对材料的性能影响不同，例如，大而硬的夹杂物会降低钢的塑性和韧性，而细小弥散的夹杂物对性能的影响相对较小。
夹杂物对材料性能的影响
非金属夹杂物对材料的性能影响是多方面的，主要体现在以下几个方面：
- 力学性能：夹杂物会降低材料的强度、塑性、韧性，特别是对疲劳性能的影响显著。夹杂物是裂纹的起始点，在应力作用下容易导致材料断裂。
- 加工性能：夹杂物会影响材料的切削加工性能，增加刀具磨损。
- 表面质量：夹杂物会影响材料的表面质量，可能导致表面缺陷，如划痕、裂纹等。
- 腐蚀性能：夹杂物可能会加速材料的腐蚀。
夹杂物的控制
为了提高材料的质量，需要采取各种措施来控制非金属夹杂物的数量和形态，主要方法包括：
- 冶炼过程控制：采用真空冶炼、电渣重熔等先进冶金技术，降低钢液中的氧、硫等杂质含量。
- 精炼处理：通过加入特定元素，如钙、稀土元素，改变夹杂物的形态，使之分散细小，降低其对性能的影响。
- 炉衬材料选择：选择耐火材料，减少熔炼过程中炉衬的侵蚀。
- 保护浇注：采用保护浇注技术，避免钢液在浇注过程中与空气接触，减少氧化。
结论
非金属夹杂物是影响钢材和其他合金性能的重要因素。通过深入研究夹杂物的形成机理、类型和对材料性能的影响，并采取有效的控制措施，可以显著提高材料的质量和可靠性，从而满足不同应用领域的需求。