Page 80 - 机械工程材料2024年第十一期

邸英南，等：不同冶炼工艺生产H13钢中非金属夹杂物特征及其对力学性能的影响

表4 图1中不同位置夹杂物EDS分析结果 阻碍位错运动的势垒，造成位错塞积，引起应力集
Table 4 EDS analysis results of inclusions at 中，进而形成裂纹源并诱发裂纹不断扩展，从而对冲
different positions shown in Fig. 1
击韧性造成较大不利影响。
质量分数/% #
位置 由图4可以看出，1 工艺冶炼试验钢的拉伸性能
Al Mg O Ca Mn S # # # #
最好。由图5可以看出：1 ，2 ，3 和4 工艺冶炼试验
Ⅰ 34.27 22.79 32.79 5.36 4.79
钢拉伸断口均主要由纤维区、放射区和剪切唇等3部
Ⅱ 61.38 3.66 31.67 3.29
分组成，放射区直径分别为1.98，2.05，2.65，2.40 mm；
Ⅲ 12.53 3.88 13.27 38.69 31.63
4种工艺冶炼试验钢的断裂方式均为微孔聚集型断
Ⅳ 6.82 7.16 7.92 3.72 34.87 39.51 ［13］
裂 。在拉伸过程中，首先在尺寸较大的夹杂物周
在明显的非金属夹杂物，经EDS分析推测分别为镁 围发生微孔的形核和长大，随着塑性变形的持续进
铝尖晶石、TiN和镁铝尖晶石 ［6-7］ ，直径分别为1.24， 行尺寸较小的夹杂物周围微孔形核，最后钢基体发
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0.97，2.13 μm；在同倍数下未观察到1 工艺冶炼试 生微孔形核和长大 ［14］ 。3 工艺冶炼试验钢中大尺寸
验钢中存在明显的较大尺寸非金属夹杂物。 夹杂物数量最多，在塑性变形过程中更容易产生位
2.2 力学性能 错塞积并导致应力集中，因此该试验钢的塑性最低。
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由图3可见：1 工艺冶炼试验钢的回火硬度较 由图5还可以看出，3 和4 工艺冶炼试验钢拉伸断
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高，冲击韧性与2 工艺冶炼试验钢相当，明显优于其 口的韧窝内存在破碎的碳化物质点。这些碳化物由
余2种工艺冶炼试验钢；3 工艺冶炼试验钢的冲击吸 于尺寸较大，在应力作用下发生破碎，并沿着破碎的
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收功最低，这是由于其夹杂物含量最高且尺寸较大。 方向形成二次裂纹并快速扩展，从而加速了断裂的
根据位错理论 ［12］ ，非金属夹杂物阻碍位错沿滑移面 发生 ［15］ ，因此数量多且尺寸大的碳化物也是导致这
运动，当位错运动不能绕过夹杂物时，夹杂物便成为 两种工艺冶炼试验钢塑性较低的原因之一。

图 2 不同工艺冶炼试验钢回火后的 SEM 形貌
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Fig. 2 SEM morphology of different test steels smelted by different processes after tempering:(a) 1 process smelting test steel;
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(b) 2 process smelting test steel; (c) 3 process smelting test steel and (d) 4 process smelting test steel
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表5 图2中不同位置的EDS分析结果 53.0 60
Table 5 EDS analysis results of different positions 硬度 冲击吸收功
shown in Fig.2 52.5 50
质量分数/% 52.0 40
位置
Al Mg O Ti N 回火硬度/HRC 51.5 30 冲击吸收功/J
A 39 13.47 47.53 51.0 20
B 3.97 2.98 5.49 42.35 45.21 50.5 10
C 36.98 13.93 49.09 50.0 0
1 工艺冶 2 工艺冶 3 工艺冶 4 工艺冶
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炼试验钢 炼试验钢 炼试验钢 炼试验钢
由图6和表6可知：1 工艺冶炼试验钢中不存在 图 3 不同工艺冶炼试验钢的回火硬度及室温冲击韧性
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以夹杂物质点为核心的韧窝；2 和3 工艺冶炼试验 Fig. 3 Tempering hardness and impact toughness at room
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钢（位置2和3） 中均观察到镁铝尖晶石类型的夹杂 temperature of different test steels smelted
by different processes
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物，3 工艺冶炼试验钢中夹杂物的尺寸明显较大；
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