评定钢中非金属夹杂物是研究金属结构与内在质量的一种重要方法,尤其是非金属夹杂物的显微评定方法,更是各国冶金学者长期研究课题。随着显微设备和电子金相技术的发展,用自动图像仪及软件评定钢中非金属夹杂物的方法已经愈来愈多地用于科学研究和生产检验。美国金属材料协会(ASTM) 已经制定了2 个标准:ASTM E1122 和ASTM E1245 。但是,应用光学显微镜测定钢中非金属夹杂物的标准图谱评级方法,无论是过去还是现在都在被*广泛采用。*新修订发布的国际标准ISO4967 - 1998《用标准图谱评定钢中非金属夹杂物的显微方法》和美国ASTM E45 - 97《钢中非金属夹杂物含量测定方法》对标准图谱及评定方法都做了较大修改,较好地解决了用光学显微镜评定钢中非金属夹杂物含量存在的一系列问题,使标准图谱及评定方法日趋完善。
美国ASTM E45 标准的历史*早、内容*多、使用*广,在国际上也影响*大。该标准于1942 年**发布时,就将J K(Jernkontoret) 图作为它的图Ⅰ,后经1947 年、1963 年、1976 年、1981 年、1985 年、1987年、1989 年、1995 年和1997 年九次修订,使标准日趋完善。ASTM E45 - 97 内容较全,包括宏观检验法和显微检验法。宏观检验法有酸浸低倍检验、断口检验、塔形检验和磁粉检;显微检验法根据其具体检验方法不同又分为A 法、B 法、C 法、D 法和E 法。该标准附有图Ⅰ- r 和图Ⅱ两套评级图,图Ⅰ- r 是原J K图和修改的J K图合并后制作的;图Ⅱ是采用美国汽车工程师学会SAE J 422a 的标准图谱,主要用于渗碳轴承钢。
目前,国际标准化( ISO) 和许多**都参照采用了ASTM E45 标准。我国的GB10561 - 89 钢中非金属夹杂物显微评定方法是等效采用ISO4967 - 79 标准制定的。有关国内外标准的对比分析过去已做过多次介绍,本文着重对*新的ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 标准的修订情况做些介绍。
国际标准ISO4967 - 1998 也是参照美国ASTME45 - 97 标准修订的。这两个标准在标准适用范围、标准图谱及评定方法等方面作了较大地修改,具体说明如下。ISO4967 - 1998 和ASTM E45 - 97 标准中均明确规定,该标准也是可用于评定碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和金属间化合物等。ISO4967 标准还明确规定了评定方法是将这类夹杂物的形状与标准图谱进行比较,并注明其化学特性,例如:球状硫化物可作为D 类夹杂物评定,但在试验报告中应加注一个下标表示,如:Dsulf ;DDup表示球状复相夹杂物,如硫化钙外包裹着氧化铝。
2 夹杂物的分类
ASTM E45 - 97 标准仍将夹杂物按形态和分布分为四类,即A(硫化物类) 、B 类(氧化铝类) 、C(硅酸盐类) 和D(球状氧化物类) ;而ISO4967 - 1998 标准将夹杂物分为五类,即除上述四种外,还增加了DS(单颗粒球类) 。ISO4967 - 1998 标准还对五类夹杂物的类型和形态作了如下具体描述:
A 类(硫化物类) :具有高的延展性,单个灰色颗粒有较大的压缩比(长度/ 宽度) ,一般尾端呈钝角;
B 类(氧化铝类) :大多数没有变形,有角的,压缩比小(一般小于3) ,黑色或黑蓝的颗粒,沿轧制方向排成一行(至少有3 个颗粒)
C 类(硅酸盐类) :具有高的延展性,单个呈黑色或深灰色颗粒,压缩比较大(一般大于或等于3) ,一般尾端呈尖角;
D 类(球状氧化物类) :不变形、角状或圆形,压缩比小(一般小于3) ,黑色或蓝黑色,任意分布的颗粒;
DS 类(单颗粒球类) :圆形或近似圆形,直径大于或等于13μm 的单颗粒夹杂物。
此外,两个标准还都增加了一个名为“St ring”的术语。在ASTM E45 - 97 标准中“St ring”的定义是:
一个单独的夹杂物沿变形方向被大大地拉伸,或者三个或三个以上的B 类或C 类夹杂物在一个平面内呈直线排列,并与热加工方向平行,彼此之间的偏离不大于15μm ,且两个相邻夹杂物之间的间距小于40μm。
3 标准评级图谱
ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 标准均对标准评级图谱作了进一步改进。
ASTM E45 - 97 标准共有2 套评级图,其中评级Ⅰ- r 是在J K(原评级图Ⅰ) 和修改的J K 图(原评级图Ⅲ) 的基础上修改的。评级图分为A、B、C、D 四类,每类分粗系和细系两个系列,从015～3 各分为6级(015 、110 、115 、210 、215 、310) ,共48 张图片。评级图Ⅱ是美国汽车工程师学会(SAE) 手册中J 422“钢中夹杂物推荐测定方法”中的SAE 评级图,包括氧化物和硅酸盐两套图片,每套各分8 级(从1～8 级) ,共16 张图片。
ISO4967 - 1998 标准评级图是在ASTM E45 -1997 标准评级图Ⅰ- r 基础上略作修改,并增加了1套单颗粒球状氧化物DS 评级图,共有54 张图片,评级图分为A、B、C、D、DS 五类,A、B、C、D 类评级图同ASTM E45 ,DS 类评级图分6 个级别(015 、1 、115 、2 、215 、3 级) 。
ASTM E45 - 97 和ISO4967 - 1998 标准评级图的级别均随夹杂物的长度(A、B、D 类夹杂物) 、个数(D 类夹杂物) 及直径(DS 类夹杂物) 的增加而增加。同类同系列夹杂物的厚度、直径是相同的,与级别无关;同**别的同类夹杂物,其长度和个数相同,与粗系、细系无关。表1 和表2 分别给出了两个标准图谱中对夹杂物长度(或个数) 、厚度及直径标准尺寸。
以下几点需要特别说明:
①表1 中夹杂物的*长度, ISO4967 标准只给到3 级,这是因为ISO4967 标准的附录D(标准件) 中给出了夹杂物的长度与级别的关系公式及曲线图,可由夹杂物的测量值计算出夹杂物的级别数,例如:A 类硫化物,长度(L) 用μm 表示:
lg (i) =〔0. 5605lg (L) 〕- 1. 179
也可由夹杂物的级别计算出夹杂物的长度,例如:A 类硫化物,长度(L) 用μm 表示:
lg (L) =〔1. 784lg (i) 〕+ 2. 104
因此,*小长度大于3 级的夹杂物, ISO4967 标准是由附录D 的公式或曲线得出其级别数的。这种方法*大的优点是提高了再现性和重复性。
②ASTM E45 标准此次修订,对夹杂物的*小长度值作了修改,015 级夹杂物的长度变化*大;D 类夹杂物的个数也作了修改,**别(个数多) 修改的*大。详细情况见表3 。据说,此次修订是在产品标准规定的合格级别的基础上进行的,并尽量与自动评级法相一致。
③由表2 可知, ISO4967 - 1998 标准中D 类夹杂物(细系) *小直径比ASTM E45 - 97 标准中的规定值大1μm。