第6期 肖国华等：钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力 ,737. 2.2氧化物的面积分数与氧硫复合夹杂物的热变 试样)时，可形成一部分属于C:0-SD2-Ab03系 形能力的关系 的复合夹杂物，氧化物的熔点会进一步降低，其在 氧硫复合夹杂物的变形性与其核心氧化物的面 较宽的温度范围内具有塑性变形性)，因此这类 积大小及其外围硫化物中钙含量有关山.C0- 氧化物对氧硫复合夹杂物的热变形无明显影响 Ab03二元相图2]，以钙铝酸盐中间相为界，分为若 (图1(d)) 干两相区，图2给出了氧硫复合夹杂物的长宽比与 2.3硫化物中钙含量与氧硫复合夹杂物的热变形 其氧化物的面积分数的关系，从图2(a)和(b)中可 能力的关系 见，当氧化物成分位于A十CA6和CAs十CA2区域 钙固溶于MnS中形成(MnCa)S而降低其相 时，随氧化物的面积分数增加，氧硫复合夹杂物的长 对塑性).表2表明，随钢中钙加入量的增加，钢 宽比下降.这是由于在钢的变形加工温度下，高熔 中的钙不仅构成核心氧化物的组成部分，而且部分 点的夹心氧化物(Ab03(2050℃)、CA(1850℃)和 也固溶于外围硫化物中，图3给出了氧硫复合夹杂 CA(1750℃)均为不变形夹杂物2，限制了硫化 物的长宽比与硫化物中钙含量的关系，由图可见， 物的变形.由图1(a)~(c)中所示的夹杂物形貌特 随硫化物中钙含量的增加，氧硫复合夹杂物的长宽 征也可以看出，靠近氧化物的硫化物变形较小，而远 比急剧降低，当钙的原子分数增至约5.0%（质量 离氧化物的变形较大·此外，氧化物的面积分数越 分数4.%)时变化趋于平缓，此时绝大多数硫化物 大，氧化物和硫化物之间的界面面积越大，变形时需 的长宽比已低于2说明钙的固溶强化作用趋于饱 克服的界面能也越高[们，对硫化物变形的抑制作用 和，这与前人报道的结果相符-.根据Baker 越强，因而氧硫复合夹杂物的整体变形受氧化物的 等[的研究发现，夹杂物硬度超过基体硬度的2倍 影响更大.从图2(c)和(d)中可见，当氧化物成分 时将不变形，结合文献[16-17]数据，当MnS中固 位于CA2十CA和CA十C2A,区域时，氧硫复合夹 溶原子分数5.0%的Ca在奥氏体区热变形温度下， 杂物的长宽比与其氧化物的面积分数之间无明显关 其硬度约为纯MnS的8倍、纯铁的3倍.本实验中 系，MnS的熔点为1610℃，CA2十CA混合氧化物的 因奥氏体固溶有C,Mn CEN和Mo等强化元素，奥 熔点为1605~1705℃，而CA十C2A,混合氧化物 氏体的热强度会相应提高，但由于氧化物也对氧硫 的熔点为1455~1605℃，当钢中铝含量较低(B、D 复合夹杂物的变形具有一定的限制作用，因而钙强 12m 12r eA+CA CA +CA. 出 8 dp Bamgoits oo. 20 40 60 X0 20 40 60 80 核心氧化物的面积分数修 核心氧化物的面积分数停 12 12r e 南CA,+CA CA+CA. 8 40 60 20 40 60 80 核心氧化物的面积分数修 核心氧化物的面积分数修 图2氧硫复合夹杂物的长宽比与其核心氧化物的面积分数的关系，核心氧化物成分为：(a)AbO:十CAg:(b)CA十CA2:(c)CA2十 CA:(d)CA+C2A7 Fig 2 Relations beteen he aspeet matio of oxile-sulfide dupkex nchsions and the area percentage of come oxiles with the camposition of(a)AbOs 十CAG,(b)CA6+CA2,(c)CA2十CA.and(d)CA十C2A7第 6期 肖国华等： 钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力 2∙2 氧化物的面积分数与氧硫复合夹杂物的热变 形能力的关系 氧硫复合夹杂物的变形性与其核心氧化物的面 积大小及其外围硫化物中钙含量有关 ［1］．ＣａＯ-- Ａｌ2Ｏ3二元相图 ［12］‚以钙铝酸盐中间相为界‚分为若 干两相区．图 2给出了氧硫复合夹杂物的长宽比与 其氧化物的面积分数的关系．从图 2（ａ）和 （ｂ）中可 见‚当氧化物成分位于 Ａ＋ＣＡ6 和 ＣＡ6 ＋ＣＡ2 区域 时‚随氧化物的面积分数增加‚氧硫复合夹杂物的长 图 2 氧硫复合夹杂物的长宽比与其核心氧化物的面积分数的关系．核心氧化物成分为：（ａ） Ａｌ2Ｏ3＋ＣＡ6；（ｂ） ＣＡ6＋ＣＡ2；（ｃ） ＣＡ2＋ ＣＡ；（ｄ） ＣＡ＋Ｃ12Ａ7 Ｆｉｇ．2 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆｏｘｉｄｅ-ｓｕｌｆｉｄｅｄｕｐｌｅｘｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｎｄｔｈｅａｒｅａｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆｃｏｒｅｏｘｉｄｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ（ａ） Ａｌ2Ｏ3 ＋ＣＡ6‚（ｂ） ＣＡ6＋ＣＡ2‚（ｃ） ＣＡ2＋ＣＡ‚ａｎｄ（ｄ） ＣＡ＋Ｃ12Ａ7 宽比下降．这是由于在钢的变形加工温度下‚高熔 点的夹心氧化物 （Ａｌ2Ｏ3（2050℃ ）、ＣＡ6（1850℃ ）和 ＣＡ2（1750℃ ））均为不变形夹杂物 ［12］‚限制了硫化 物的变形．由图 1（ａ）～（ｃ）中所示的夹杂物形貌特 征也可以看出‚靠近氧化物的硫化物变形较小‚而远 离氧化物的变形较大．此外‚氧化物的面积分数越 大‚氧化物和硫化物之间的界面面积越大‚变形时需 克服的界面能也越高 ［6］‚对硫化物变形的抑制作用 越强‚因而氧硫复合夹杂物的整体变形受氧化物的 影响更大．从图 2（ｃ）和 （ｄ）中可见‚当氧化物成分 位于 ＣＡ2＋ＣＡ和 ＣＡ＋Ｃ12Ａ7 区域时‚氧硫复合夹 杂物的长宽比与其氧化物的面积分数之间无明显关 系．ＭｎＳ的熔点为 1610℃‚ＣＡ2＋ＣＡ混合氧化物的 熔点为 1605～1705℃‚而 ＣＡ＋Ｃ12Ａ7 混合氧化物 的熔点为 1455～1605℃‚当钢中铝含量较低 （Ｂ、Ｄ 试样 ）时‚可形成一部分属于 ＣａＯ--ＳｉＯ2--Ａｌ2Ｏ3 系 的复合夹杂物‚氧化物的熔点会进一步降低‚其在 较宽的温度范围内具有塑性变形性 ［12］‚因此这类 氧化物对氧硫复合夹杂物的热变形无明显影响 （图 1（ｄ））． 2∙3 硫化物中钙含量与氧硫复合夹杂物的热变形 能力的关系 钙固溶于 ＭｎＳ中形成 （Ｍｎ‚Ｃａ）Ｓ而降低其相 对塑性 ［12］．表 2表明‚随钢中钙加入量的增加‚钢 中的钙不仅构成核心氧化物的组成部分‚而且部分 也固溶于外围硫化物中．图 3给出了氧硫复合夹杂 物的长宽比与硫化物中钙含量的关系．由图可见‚ 随硫化物中钙含量的增加‚氧硫复合夹杂物的长宽 比急剧降低‚当钙的原子分数增至约 5∙0％ （质量 分数 4∙7％ ）时变化趋于平缓‚此时绝大多数硫化物 的长宽比已低于 2‚说明钙的固溶强化作用趋于饱 和‚这与前人报道的结果相符 ［13--14］．根 据 Ｂａｋｅｒ 等 ［15］的研究发现‚夹杂物硬度超过基体硬度的 2倍 时将不变形．结合文献 ［16--17］数据‚当 ＭｎＳ中固 溶原子分数 5∙0％的 Ｃａ‚在奥氏体区热变形温度下‚ 其硬度约为纯 ＭｎＳ的 8倍、纯铁的 3倍．本实验中 因奥氏体固溶有 Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ和 Ｍｏ等强化元素‚奥 氏体的热强度会相应提高‚但由于氧化物也对氧硫 复合夹杂物的变形具有一定的限制作用‚因而钙强 ·737·