Включения

[inclusions] - инородные тв., жидкие и газообразные вещ-ва (образования) в жидких и тв. металлах и сплавах, в смеси из металлич. порошков и в компактных заготовках, в ферросплавах, в рудных материалах, в огнеупорных изделиях и др. материалах. В. располагаются как внутри зерен, кристаллов, так и по их границам в виде микро-скопич. или видимых невооруж. глазом образований. В. могут быть гомогенными, гетерогенными, однофазными и многофазными.
В. в тв. металлах и сплавах сущ-но влияют на их структуру, физ., механ. и эксплуатац. св-ва. По своей природе их подразделяют на газовые, неметаллич. (хим. соединения металлов с неметаллами) и интерметаллич. (соединения осн. компонента сплава с легир. элементом или легир. элементов, см. Интерме-таллид) включения.
В. в агломерате - кусочки невосстановл. руды, непрореагировавшего известняка, несгоревшего коксика. В окатышах встречаются в. известняка, в огнеупорных порошках, применяемых для изготовления тиглей индукц. печей, В. представлены частицами Fe, к-рые попадают в огнеупорные массы при дроблении и измельчении, отриц. влияют на стойкость тиглей и служат причиной проникновения металла сквозь стенку. В огнеупорных кирпичах в. — остатки невыгоревших добавок при произ-ве пористых огнеупоров, инородные примеси. В железорудных минералах в. представлены рутилом, слюдой, ильменитом и др., они придают им специфич. св-ва.
В. исследуют металлографич., рентгено-структурными, рентгеноспектр. и электрон-носкоп. методами:
газовые включения [gaseous inclusions] -образующиеся при кристаллизации металлов и сплавов несплошности, заполненные газом, обычно водородом. Зародышами г. в. часто служат усадочные поры, к-рые заполняются газами, выделяющ. при кристаллиз. из-за их меньшей растворимости в тв. фазе по сравнению с жидкой. Газоусадочные поры имеют неправильную форму. Если газовые поры зарождаются и растут в жидкости, они принимают сферич. форму — это газ. пористость. Пористость, обусловл. газ. включениями при кристаллизации, наз. первичной в отличие от вторичной, формирующ. при распаде пересыщ. водородом тв. р-ров;
неметаллические включения [nonmetalic inclusions] — инородные образования в жидких и тв. металлах и сплавах — хим. соединения металлов с неметаллами. Н. в. классифицируют
по хим., минералогам, составу, происхождению. По хим. составу н. в. подразделяют на: алю-минатные (осн. составляющая — А12О3); карбидные (Fe3C, Мп3С, Сг,С2); карбонитридные [Ti(C,N), Nb(C,N)]; нитридные (TiN, A1N, ZrN, Cr2N); оксидные (FeO, MnO, Cr2O3, Si02, A12O3, MgO); силикатные (2СаО • SiO2, 2MnO-SiO2); сульфидные (FeS, MnS, CaS); оксисульфидные (MnS • MnO, FeS • FeO, CaS • FeO); фосфидные (Fe3P, Mn,P2).
По происхождению н. в. делятся на экзогенные, вносимые в металл извне шихтой, ферросплавами, огнеупорами, и эндогенные, об-разующ. в металле по ходу плавки, разливки, кристаллизации и в результате превращений в тв. фазе, взаимодействия металла со шлаком, огнеупорами, газ. фазой, с примесями, содержащими О, S, N, с раскислителями, легир. добавками. По способу образования н. в. разделяют на первичные, образующ. в жидком металле; вторичные, образующ. при кристаллизации; третичные, выделяющ. втв. р-ре в результате рекристаллизации, диффузии, старения и т.п. Кол-во и размеры н. в. в металлах и сплавах зависят от способа про-из-ва, методов рафинирования. Обычные стали и сплавы содержат 0,01-0,02 мае. % н. в., стали и сплавы, выплавл. в вакуумных печах, < 0,005 %, а наиб, чистые металлы, по-луч. методами э.-л. плавки и зонной очистки, <0,001 %. Крупные н. в. имеют размеры > 100 мкм, ср. 5-200 мкм, мелкие < 5 мкм. Н. в. отрицат. влияют на предел усталости, кач-во поверхности, свариваемость, обрабатываемость металла. Скопления н. в. и отдельные крупные н. в. служат концентраторами напряжений и вызывают разрушения при напряжениях < о, осн. металла. Мелкие и округлые н. в. менее опасны, чем пластинчатые или пленочные. Прочные и хрупкие н. в. оказывают более отриц. воздействие, чем пластичные. От наличия н. в. зависят длительная прочность жаропрочных сплавов при повышенных темп-рах, пределы пластичности и прочности. Н. в. образуют на поверхности металлич. изделий локальные гальванич. элементы (развитие электро-хим. коррозии при работе в корроз. средах), способствуют появлению усталостных трещин и микровыкрашиванию.
В литой стали н. в. присутствуют в виде гло-булей и кристаллов, в кованой и катаной стали—в виде строчек, нитей, ориентиров, в направлении деформации. Глобулярные н. в. образуются из легкоплавких вещ-в, в первую очередь из железистых силикатов на основе соединений типа FeO • MnO. Тугоплавкие оксиды, нитриды, карбиды образуют н. в. в видеограненных кристаллов — оксиды Сг, Al, Zr, шпинели и т.п.
Интенсивность образования зародышей н. в. тем больше, чем меньше межфазное натяжение на границе металл—н. в., чем выше степень пересыщения, металла взаимодейств, элементами, напр, раскислителя с О, Сг и N. При образовании оксидных н. в. в них преимуществ, переходят компоненты, имеющие повыш. сродство к О и вызывающие наиб, снижение поверхн. натяжения на границе с исх. фазой. Легче зарождаются н. в. на готовых поверхностях раздела. Чем меньше угол смачивания н. в. подложки, тем больше возможность зарождения мелких н. в.
Удаление н. в. может происходить естеств. всплыванием к поверхности раздела металл-шлак и переходом в шлак при перемешивании ванны, либо в результате термич. диссоциации. При вакуумной плавке н. в. могут восстанавливаться углеродом:
МеО + [С] = СО + Me.
Методы оценки н. в. разделяются на ме-таллографич., хим. и др. Для выделения н. в. из металла применяют кислотный метод: с помощью кислот растворяют металлич. основу. Метод замещения состоит в том, что с помощью Hg или Си переводят металлич. составляющую в р-р их солей. При использовании галоидных методов образцы обрабатывают в струе С1, образуя С1-соединения металла; сульфиды, карбиды, фосфиды, нитриды хлорируются и уносятся в токе газа, а оксидные н. в. остаются без изменения. Элек-тролитич. методы состоят в анодном р-рении металлич. основы; нер-ряющиеся н. в. изолируют спец. мембранами. Выделенные н. в. взвешивают, определяют их масс, содержание в металле и проводят хим. анализ состава н. в.
Металлографич. оценку н. в. проводят на шлифах сравн. с эталонными шкалами включений определ. вида, загрязненность оценивают по баллам. Металлографич. Метод используют и для кол-венного определ. н. в. с использ. автоматич. эл-нных оптич. счетчиков. Природу и состав н. в. определяют петрографич. методами и с помощью лазерного микрозонда. Фаз. состав и кристаллич. структуру н. в. определяют рентг.-структурными методами.