贝壳状断口的形成机理深入探究

用电炉冶炼35SiMn钢，当钢中铝的质量分数接近于0.09%时，就可能出现贝壳状断口，并以调质状态最为敏感。断口的特征取决于材料的断裂方式，而断裂方式又同钢的化学成分、热处理状态、第二相的析出与溶解规律等因素有关。对35SiMn钢而言，实质上取决于留存在一次结晶晶界上的第二相（氮化铝）。由于原始晶粒粗大，其晶界可视为平直界面，一旦沉淀有氮化铝相，便削弱了晶界间的结合力，降低了原始晶界抵抗破断的能力，形成贝壳状断口。这实际上就是一次结晶的粗大晶粒的反映。

一次结晶晶界上的树枝晶氮化铝是如何形成的呢？冶炼时，通常采用铝为脱氧剂，有时为减少铸件的气孔，增加了铝的加入量。一旦加铝制度不严，就会造成铝的残留量过多。铝和氮在钢中的溶解度都随温度的降低而减小。事实上在大型铸件和连铸坯中，宏观与微观的偏析现象是不可避免的，尽管原始的铝和氮含量不太高，但在凝固末期，残余钢液中铝和氮的浓度显著增加，足以引起氮化铝从钢液中析出，呈树枝晶形态，氮化铝沿一次结晶的晶界析出也是一种显微偏析现象。当铸件结晶缓慢时，残余钢液中析出的树枝晶氮化铝被推移到一次结晶的晶界上，当铸件基体结晶速度超过某一临界速度时，它就被截留于生长的晶体中，这就是铸件冷却速度影响晶间断裂敏感性的原因。(www.xing528.com)

调质处理提高了基体的韧性，与淬火或正火以及铸态相比，扩大了晶内与晶界的韧性差，易引起晶间断裂，故贝壳状断口在调质状态最敏感。在实验中曾在1180℃加热1h后正火，然后调质处理，但出现相似的贝壳状断口，这表明1180℃尚不能使氮化铝溶解。只有提高到1260℃才能使其溶解，从而在随后的调质过程中，析出的氮化铝可能以高度弥散的形式均匀分布在晶内及晶界上（晶界上氮化铝的数量大为减少），消除了贝壳状断口。