氧化物冶金中的数值模拟及研究趋势

通过综述当前氧化物冶金技术的理论研究、夹杂物数值模拟的研究和凝固过程模拟方法的研究进展,提出利用proCAST软件,在元胞自动机-宏观有限元耦合算法(CAFE)模型的基础上开发模拟凝固过程中非金属夹杂物诱发晶内铁素体形核和细化晶粒组织的过程,预测氧化物冶金中非金属夹杂物的种类、尺寸和细化晶粒组织的工艺参数.     

基于内部失效机理预测评估渗碳Cr-Ni齿轮钢的超高周疲劳强度

对渗碳Cr-Ni齿轮钢进行应力比为0和0.3的室温超高周疲劳实验,观测试样中诱发裂纹萌生的夹杂和疲劳断口形貌,以全面评估渗碳Cr-Ni齿轮钢疲劳性能。将疲劳失效模式分为有细颗粒区(Fine granular area,FGA)的内部疲劳失效和有表面光滑区(Surface smooth area, SSA)的表面疲劳失效,并阐明了渗碳Cr-Ni齿轮钢的超高周内部疲劳破坏机制。基于累积损伤和位错能量法并结合细颗粒区形成机理和夹杂的最大评估尺寸,分别构建了两种渗碳Cr-Ni齿轮钢内部疲劳强度的预测模型。利用FGA尺寸与夹杂尺寸的比值和夹杂应力强度因子及应力比之间的关系,修正所提出的两种疲劳强度预测模型并给出了最大夹杂尺寸下的l_FGA-S-N曲线。结果表明,基于累积损伤法和位错能量法分别构建的疲劳强度预测模型都可用于预测评估渗碳Cr-Ni齿轮钢在多种应力比下的内部疲劳强度,基于位错能量法的强度预测模型精度较高。     

00Cr14Ni14Si4奥氏体不锈钢中微量铝硫与锻造裂纹

００Ｃｒ１４Ｎｉ１４Ｓｉ１４钢的锻造裂纹与钢中Ａｌ，Ｓ以及由之形成的氧化物和硫化物含量过高有关。钢在模铸凝固和冷却过程中形成夹杂物年，呈点链状的氧化物和晶界析出的薄片Ｙ相在热加工时弱化了晶界降低了钢的导热性和高温塑性，从而在夹杂偏析区显示出宏观的热加工裂纹。     

K417高温合金母合金锭真空电磁净化技术研究

为了提高高温合金母合金锭的纯净度,本文提出了在高温合金真空熔铸的凝固过程施加旋转磁场的真空电磁净化技术。使用扫描电子显微镜和图像分析仪研究了K417高温合金母合金锭真空电磁净化技术的非金属夹杂物去除机理,结果表明:在K417高温合金母合金锭真空熔铸的凝固过程中施加旋转磁场能够促使非金属夹杂物向母合金锭中心部位快速聚集、变大并上浮到冒口处,最终在切除冒口的同时也将夹杂物从合金中除去。     

热加工对硫化物及氧化物夹杂的影响

随着制造业的发展,人们对钢材的质量提出了更高的要求,而夹杂物是影响钢材质量十分重要的因素之一.特别是对高强钢而言,夹杂物对其韧性的影响更加敏感.因此,研究冶炼过程中对夹杂物的控制及后续热轧和热处理工艺对钢中夹杂物的影响,是钢铁材料制造和加工过程中的一个重要课题.夹杂物对钢材的强度、塑性、韧性、抗疲劳性能、耐腐蚀性能都会产生重要影响.要减少夹杂物对钢材性能的影响,需从优化冶炼工艺开始.随着气泡去除夹杂物技术、真空碳脱氧技术及中间包电磁搅拌技术在冶炼过程中的应用,钢材中的夹杂物含量明显降低.然而,在目前工业化的生产环境中,仍然无法实现将钢中的非金属夹杂物完全消除.目前的研究已经表明,热轧和热处理过程对夹杂物也有重要影响,这对进一步控制夹杂物的尺寸、分布、形态,达到减轻夹杂物对钢材性能影响的目的具有重要的意义.因此,目前除了发展新的冶炼工艺以进一步降低钢中的夹杂物含量外,研究和阐明热加工工艺对夹杂物的影响也是研究重点.文中归纳了冶炼过程中先进的夹杂物控制技术及其原理,评述了热变形和热处理过程对夹杂物的数量、尺寸、分布、形态特征及类型产生的影响,对研究钢材在制造、加工过程中夹杂物的变化规律及控制具有参考价值.     

基于机器学习的RAFM钢中子辐照脆化预测模型研究

构建低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢的中子辐照脆化预测模型对聚变反应堆的安全运行和优化设计新型RAFM钢具有十分重要的意义。本研究基于收集的RAFM钢中子辐照数据集，采用相关性筛选、递归消除方法识别出影响RAFM钢中子辐照条件下韧脆转变温度(DBTT)的关键特征变量。利用筛选的关键特征变量，构建了具有良好预测能力的RAFM钢中子辐照DBTT预测模型。为进一步实现中子辐照条件下韧脆转变温度变化(ΔDBTT)的预测，首先构建了RAFM钢未辐照DBTT预测模型，然后将辐照前后DBTT预测模型相结合构建了RAFM钢中子辐照ΔDBTT预测模型。通过将模型预测的ΔDBTT与文献收集的数据进行对比发现，该模型具备较好的预测能力。     

非金属夹杂物与钢的韧性研究

20年前已经研究过非金属夹杂物对钢性能的影响。本文较为详细地研究试样中含有硫化物和氮化物两种类型的夹杂物对钢韧性的影响。根据一系列试样测定了几种断裂参数 ,用以验算 Krafft和其他学者建立的断裂模型。实验结果得出这样结论 :按照 Krafft公式计算的 KIC值与通过实验获得的 KIC值相一致。     

疲劳-蠕变交互作用的寿命预测探讨

从反映物系运动过程的能量守恒定律和动量守恒定律出发,对材料疲劳-蠕变交互作用下的破坏过程进行了分析,推导出一个新的疲劳-蠕变交互作用的寿命预测模型.与已有的疲劳-蠕变交互作用寿命预测模型相比,本文提出的模型具有适用性强(对于应力控制模式和应变控制模式均适用)、形式简单、所需参数少和应用方便等优点.为检验本文提出模型的准确性,进行了1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃和520℃环境下应力控制的梯形波加载试验,用本文提出的模型进行了上述两种温度环境下的疲劳-蠕变交互作用的寿命预测,预测结果与实际测量结果符合较好.     

超长寿命疲劳破坏行为的可靠性研究

为了进行超长寿命疲劳破坏行为的可靠性研究,对GCr15钢超长寿命疲劳S-N试验数据进行了统计评估,采用Bansqun模型描述了其S-N曲线关系,建立了其概率S-N曲线模型,并采用SEV方法和Murakami方程分别预测了钢中最大夹杂尺寸和其相对应的疲劳强度。结果表明:其超长寿命疲劳S-N数据能较好地服从三参数威布尔分布,其概率S-N曲线形式都呈现持续下降的趋势;在验证了最大夹杂尺寸服从Gumbel分布的基础上,SEV方法预测的最大夹杂尺寸随着钢体积的增大而线性增加,Murakami方程预测的结果揭示了其概率S-N曲线呈现持续下降的原因。     

夹杂物特征参数对40CrNi2Mo钢塑性的影响

用定量金相、扫描电镜和能谱分析等方法获取了用2种工艺冶炼的40CrNi2Mo钢中夹杂物尺寸特征参数,研究了这些参数对钢塑性的影响。结果表明:由于夹杂物的体积分数和尺寸比较小,夹杂物间距的增大,在塑性断裂时由夹杂物形成的微孔洞很难以内颈缩形式聚合,微孔洞间的局部剪切也不容易扩展。由此判断,真空自耗重熔钢的断面收缩率比电渣重熔钢的高。钢中的夹杂物对其均匀延伸率、形变硬化指数和拉伸强度没有影响。     

非金属夹杂物与钢的韧性研究

２０年前已经研究过非金属夹杂物对钢性能的影响。本文较为详细地研究试样中含有硫化物和氮化物两种类型的夹杂物对负韧性的影响。根据一系列试样测定了几种断裂参数,用以验算Ｋｒａｆｆｔ和其他学者建立的断裂模型。实验结果得出这样的结论：按照Ｋｒａｆｆｔ公式计算的ＫＩＣ值与通过实验获得的ＫＩＣ植相一致。     

单轴拉伸下AerMet100钢中稀土夹杂物开裂过程的原位观察

扫描电镜观察了AerMet100钢中稀土夹杂物的形貌、尺寸;原位观察了单轴拉伸条件下稀土夹杂物的微观力学行为。结果表明:稀土夹杂物呈球状或椭球状,拉伸过程中稀土夹杂物内部最先萌生裂纹。建立了裂纹萌生的应力判据。裂纹在夹杂物内部扩展,不易向基体延伸。数值模拟单轴拉伸试验和理论计算结果与原位观察基本一致。     

正三棱锥形夹杂物诱导晶内铁素体形核模型研究

通过建立晶内铁素体形核模型,结合数学推导发现,基底相为不规则形状的夹杂物比基底相为球形夹杂物形核功小,易诱导铁素体形核。根据数学模型分析球形夹杂物诱导晶内铁素体形核的影响因素。结果表明:夹杂物尺寸过小时不利于诱导晶内铁素体形核,其尺寸增加到0.15μm后,对铁素体的形核影响反而不大;夹杂物与钢液的润湿角越小,越易诱导铁素体形核;夹杂物与钢液的润湿角为70°~90°时,球形夹杂物易诱导正三棱锥形铁素体析出,而润湿角小于70°时,易诱导球形铁素体析出;析出相为正三棱锥形铁素体形核模型的形核率比析出相为球形铁素体模型的形核率高。通过实验验证了不规则夹杂物可以诱导铁素体形核,且夹杂物尺寸大于0.15μm后,对铁素体的形核影响不大。     

钢中夹杂物检验及DIN 50602—1985标准中夹杂物评定方法

介绍了钢中夹杂物的评定方法，分析了DIN 50602—1985标准中夹杂物宽度、长度和OG型夹杂物的评定方法。结果表明：DIN 50602—1985标准规定用夹杂物面积评定夹杂物级别，这样更能凸显夹杂物对钢性能的影响；对于超长的单个串条状夹杂物，建议采用夹杂物整体长度和宽度对夹杂物进行评级，不进行分割降级和额外标注尺寸；根据DIN 50602—1985标准中图1计算了夹杂物面积，再根据该标准中表3计算夹杂物的面积，得出二者对OG型夹杂物的评定界限值基本相同，由此可根据OG型夹杂物的直径来评定夹杂物的级别。     

钙处理对AH36船体钢耐点蚀性能的影响

为提高AH36钢的耐海水腐蚀性能,炼钢时引入了钢水钙处理工艺.本文通过室内间浸挂片试验、交流阻抗试验、动电位极化试验及极化试验后的SEM分析,研究了钙处理对AH36钢中的夹杂物及耐点蚀性能的影响.结果表明:变性夹杂物中的CaS对钙处理钢的耐点蚀性能有明显的影响.通过钙处理把钢中氧化铝夹杂、硅铝酸盐夹杂等球化变性成无CaS或低CaS的球状CaO-Al2O3复合夹杂,可有效提高钢的耐点蚀性能;变性球状复合夹杂中含较多的CaS会促进诱发夹杂物周围基体腐蚀,提高点蚀诱发敏感性;含硫量较高的AH36钢在钙处理不充分时,形成CaS夹杂或以CaS为主的复合夹杂,会使AH36钢的耐点蚀性能恶化.     

钢中非金属夹杂物对疲劳性能的影响

本文研究了38CrMoAlA和30CrMnSiA两种钢中所含夹杂物对疲劳性能的影响。研究结果表明:在夹杂物含量基本相同的条件下,夹杂物的大小、形状及分布特徵对疲劳寿命具有明显的影响。夹杂物的颗粒大小直接支配着裂纹的成核与扩展,当夹杂物的平均直径大于40μm时,由夹杂物引起疲劳失效的比率可达95％以上。因此,在控制夹杂物含量的基础上,通过减小夹杂物颗粒尺寸和改变不利的几何形状及分布,可减缓夹杂物对疲劳性能的有害影响。     

浅析硬线钢中非金属夹杂物

硬线盘钢制品对钢的纯净度,夹杂物的尺寸、分布以及形态都有严格的要求,非金属夹杂物又是影响硬线钢质量的主要因素之一。本文通过介绍硬线钢中非金属夹杂物的来源和分类,分析了不同类型夹杂物的形成机理及形貌,指出了非金属夹杂物对硬线钢的影响和危害。     

国内外钢中非金属夹杂物检验标准解析

介绍了国内外主要的钢中非金属夹杂物检验标准,并对其进行了分析比较。结果表明:国内外非金属夹杂物检验标准虽然很多,但其评价方法基本可归纳为两大类,即最差视场法和平均视场法,前者较适用于夹杂物的常规检验,后者则适用于特殊重要件或纯净度较高钢中夹杂物的检验;然而对于同一视场中的非金属夹杂物含量,不同标准得到的评估结果基本一致。     

非金属夹杂物对经表面强化处理的钢材疲劳强度的影响

<正> 众所周知,不变形非金属夹杂物会大大地降低呈马氏体组织的高强度钢的疲劳强度[1]。夹杂物与基体的线膨胀系数显著不同,因此在淬火过程中,夹杂物周围便出现了很大的热应力[2、3]。这些应力局限于夹杂物区域内,与其它组织上的集中部位(包括马氏体晶粒端部)出现的应力相比,它只有在大得多的体积内才能保持平衡,所以在循环载荷作用下不变形夹杂物显得最为危险。     

基于参数变分原理的含夹杂Voronoi单元法及非均质材料弹塑性计算

含夹杂Voronoi单元通过在基体单元中引入一任意夹杂, 可以更好地反映非均质材料中微结构特性。基于参数势能和余能原理, 推导了无夹杂和含夹杂Voronoi单元有限元列式, 并在此基础上形成二次规划求解模型。将含夹杂Voronoi单元应用于非均质材料宏观弹塑性性能预测计算中, 分析了非均质材料中夹杂对其宏观等效弹塑性力学性能的影响。数值结果与其它方法所得结果的比较证明了本文中所给出模型的正确性和工程可适用性。