电子探针面分析在金属材料中的应用

2019-07-12 版权声明 举报文章

摘要:利用电子探针中的面分析功能,研究分析了82B盘条拉拔断裂的原因。结果表明,由成分偏析而形成的中心区域马氏体,以及盘条中大型脆性夹杂物,是引起82B高碳钢盘条产生断裂的主要原因。

关键词:定性分析 面分析 马氏体 成分偏析 夹杂物

1、前言

82B钢盘条是生产高强度、低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的主要原料。由于PC钢丝和钢绞线广泛应用于高层建筑、桥梁、石油化工和铁路等工程领域,因而需要82B高碳盘条具有稳定的化学成分、纯净的钢质、优良的力学性能、均匀的金相组织以及较高的索氏体程度[1,2]。但82B钢盘条在拉伸、拉拔过程中容易产生脆断,从而影响其使用性能。为此,本研究选取拉拔脆断试样进行检验和分析,以期寻找出其断裂原因。

电子探针面分析是将电子束沿样品表面进行扫描,通过探测扫描区域所含元素的X-射线获得元素的面分布,图像的亮暗直接反映扫描区域内所含元素的X-射线强度。研究材料中夹杂,析出及元素偏析常用此方法。本文运用电子探针的面分析功能,对82B盘条拉拔断裂的原因进行分析。

2、实验材料及方法

实验中所用材料为某厂生产的82B盘条拉拔断裂试样,经PDA检测其主要化学成分如表1所示。试样沿纵向剖开,经标准方法研磨抛光后,用4%硝酸酒精溶液腐蚀,在Zess光学显微镜下观察其显微组织结构,采用电子探针分别对试样的纵截面、横截面进行面扫描,分析各元素及夹杂物的面分布情况。

表1 82B盘条的化学成分(wt%)

Table1 The chemical composition of 82B (wt%)

3、实验结果与分析

3.1 盘条中心元素偏析分析

对82B拉拔断裂的纵截面进行金相观察,室温下的正常组织应该为珠光体和索氏体,但金相组织观察发现,如(图1)所示,在盘条的纵截面中心区域有长条状的针状马氏体组织特征,现需要检测出马氏体上元素的偏析种类,以确定马氏体的形成原因。采用岛津EPMA-1610型电子探针对马氏体组织及周围进行了Cr,Mn等元素的面扫描,如图2(a)、(b)所示。

实验结果表明,在马氏体组织处存在明显的Mn和Cr元素的偏析,其他元素变化不明显。有研究证明[3],由于Mn和Cr两元素的富集,将提高过冷奥氏体在转变区尤其是低温转变区的稳定性,使连续冷却转变曲线右移,导致马氏体的临界冷速降低。所以正是这种偏析强烈推迟盘条心部珠光体类组织转变,导致在盘条表面形成珠光体类组织的情况下,中心区域生成了马氏体。

3.2 盘条中夹杂物分析

图3(a)所示为82B拉拔断裂横截面处观察到的夹杂物的背散射电子像,从图中可以看出,长条状夹杂物分为两种类型,电子探针定性分析结果如表2所示。根据定性分析结果,对O、Al、Ca、Si、Mg几种元素进行电子探针X-射线面扫描,元素的面分布图如图3(b)~(f)所示。

从图中可以看出,长条状夹杂物是氧化铝、氧化镁、氧化硅和氧化钙的复合氧化物,它破坏了基体的连续性,从而成为拉拔断裂的原因之一。

图3 夹杂物的背散射电子像和电子探针面扫描图像

Fig.3 The backscattered electron images and EPMA mapping images of inclusion

4、结语

通过对盘条中心的元素偏析和夹杂物分析得出,盘条拉拔断裂的主要原因为:

(1)盘条中心区域由于Mn, Cr元素的偏析,形成了针状马氏体组织,马氏体属于脆性相,在盘条的拉拔变形过程中与基体变形不一致,不利于拉拔的继续进行,是拉拔断裂的一个主要原因。

(2)盘条中出现长条形夹杂,其成分是氧化铝、氧化镁、氧化硅和氧化钙的复合氧化物,为脆性夹杂,破坏了基体的连续性,成为拉拔断裂另一主要原因。

综上,由成分偏析而形成的心部马氏体,以及盘条中大型脆性夹杂物,都是引起82B高碳钢盘条产生脆断的主要原因。

参考文献

[1]张翔.高碳钢82B线材的质量改进[J].轧钢,2001,18(4):21-23.

[2]李文琴.预应力钢丝断裂原因分析[J].金属制品,2001,27(4):36-37.

[3]王健安.金属学与热处理[M].1980版.

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