I. Metall qo'shimchalarning fizik tabiati va tasniflash tizimlarining evolyutsiyasi
Po'lat tarkibidagi metall qo'shimchalar metallurgiya jarayonining "mikroskopik belgilari" sifatida nafaqat eritish jarayonining to'liq tarixini aks ettiribgina qolmay, balki yuqori po'latlarni qo'llashni cheklaydigan "ko'rinmas qotillarga" ham aylanadi. Metallurgiyaning qariyb asrlik-rivojida inklyuziya tushunchasi "zararli va olib tashlanishi kerak"dan "boshqariladigan va foydalanish uchun optimallashtiriladigan" kognitiv o'zgarishlarni boshdan kechirdi. Zamonaviy toza po'lat texnologiyasi bo'yicha tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, qo'shimchalarni butunlay yo'q qilish iqtisodiy ham, amaliy ham emas; Ilmiy maqsad ularni xavfsiz o'lcham va qulay morfologik diapazonlarda nazorat qilishdir.
Shakllanish mexanizmlariga asoslangan zamonaviy tasnif tizimiga ko'ra, metall qo'shimchalar "endogen-ekzogen-interfeys reaktsiyasini-ikkinchi darajali yog'ingarchilik" ni o'z ichiga olgan to'rt o'lchovli tizimga aylandi. Ekzogen metall parchalari, eng tipik makroskopik nuqsonlar sifatida, jarayon o'zgaruvchilari bilan to'ldirilgan shakllanish jarayoniga ega. Eritilgan po'latga yuqori-eriydigan-qo'shimchalar (masalan, ferrotungsten, ferromolibden) qo'shilsa, blok yuzasida Fe-Vt yoki Fe-Mo ning evtektik erigan plyonkasi hosil bo'ladi. Ushbu filmning qalinligi erish tezligini belgilaydi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, qotishma blokining o'lchami kritik o'lchamdan (Dc=30 mm) oshib ketganda, sirt erigan plyonkaning issiqlik uzatish tezligi ichki issiqlik o'tkazuvchanligi tezligidan past bo'lib, harorat gradienti 200 darajadan / sm dan yuqori bo'lgan "sovuq yadro" hodisasini yaratadi. Ushbu eritilmagan yadro keyingi qotib qolish vaqtida o'zining asl kristalli tuzilishini saqlab qoladi, matritsaga nisbatan 7-12% panjara doimiy mos kelmasligi, stress kontsentratsiyasining tabiiy manbasini hosil qiladi.
Payvandlash jarayonining qo'shimchalari metallurgiya jarayonining mikroskopik-miqyosidagi takrorlanishidir. TIG payvandlash jarayonida, payvandlash oqimi zichligi kritik qiymatdan (85 A / mm² oqim zichligiga mos keladigan 120A) pastga tushganda, volfram elektrod uchida hosil bo'lgan erigan tomchi sirt tarangligi va tortishish o'rtasidagi muvozanat bilan cheklanadi. Hisoblash suyuqlik dinamikasi simulyatsiyalari diametri 1,5 mm dan kichik bo'lgan tomchilar argonni himoya qiluvchi gaz oqimi maydonida beqaror tebranish traektoriyalarini namoyish etishini ko'rsatadi. Ba'zi tomchilar asosiy oqim yo'nalishidan payvand chovgum chegara qatlamiga og'adi va tez qotib qoladigan payvand metall tomonidan ushlanadi. Ushbu tutilgan volfram zarralari o'ziga xos mikro{8}}xususiyatlarga ega: qalinligi taxminan 50-200nm sirt oksidi qatlami va tez sovutish tufayli ichida metastabil -Vt faza mavjudligi, qattiqligi an'anaviy -W fazasidan 1,3 baravar yuqori.
Quyma{0}}maxsus tuzilmalar qattiqlashuv jarayonining mahsuli sifatida yanada murakkab shakllanish mexanizmlariga ega. "Sovuq yopilishlar" ning shakllanishi oksidlanish kinetikasi va suyuqlik dinamikasini bog'lashni o'z ichiga oladi. To'kish paytida po'lat yuzasida hosil bo'lgan oksid plyonkasi (asosan FeO) yorilib, turbulent oqim tufayli tuzoqqa tushadi. Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, quyish tezligi 0,8 m / s dan oshganda, oksid plyonkasi parchalanish ehtimoli uch barobar ortadi. Ushbu oksid parchalari eritilgan po'lat ichida murakkab qaytarilish{6}}eritish jarayonlaridan o'tadi. To'liq qisqartirilmagan qismlar kislorodga- boy yadrolarni hosil qiladi, ular tarkibi gradient zonalari bilan o'ralgan bo'lib, bu erda uglerod miqdorining yadrodan tashqariga o'zgarishi gradienti 100 mkm uchun 0,5% ga yetishi mumkin.
II. Inklyuzivlikni aniqlash texnologiyasining zamonaviy evolyutsiyasi
An'anaviy metallografik sinovlarning cheklovlari ilg'or materiallar sohasida tobora aniq bo'lib bormoqda. Zamonaviy aniqlash texnologiyasi “koʻp miqyosli, koʻp{2}}modal va-situ dinamik” yoʻnalishlarda rivojlanmoqda. Ultrasonik sinov texnologiyasida katta yutuq bosqichli massiv texnologiyasini qo'llashdir. 64-128 elementli zond massivlari orqali aniqlash ruxsati millimetrdan millimetrdan pastki-darajaga o‘tishi mumkin. Oxirgi tadqiqotlar shuni koʻrsatadiki, fokuslangan zondlarni sintetik diafragma texnologiyasi bilan birlashtirish 100µm{13}}darajali qoʻshimchalarni aniqlash tezligini anʼanaviy 30% dan 85% gacha yaxshilaydi va shu bilan birga uch oʻlchovli fazoviy lokalizatsiyani taʼminlaydi.
Elektron mikroskopiyani tahlil qilish texnologiyasi inqilobiy o'zgarishlarga duch keldi. Dala emissiyasini skanerlash elektron mikroskopiyasi energiya dispersiv spektroskopiyasi (EDS) xaritalash bilan birgalikda bir necha daqiqada bir necha kvadrat millimetrda elementar taqsimot tahlilini yakunlashi mumkin. Ilg'or elektron orqaga tarqalish diffraktsiyasi (EBSD) usuli qo'shimchalar va matritsa o'rtasidagi kristallografik yo'nalish munosabatlarini ochib berishi mumkin, bu yoriqning tarqalish yo'llarini tushunish uchun juda muhimdir. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, inklyuziya matritsasi interfeysida o'ziga xos orientatsiya munosabatlari (masalan, kub-kub yo'nalishi) mavjud bo'lganda, interfeys energiyasi 35% ga kamayadi va shunga mos ravishda yorilishning boshlanishi qiyinligi ortadi.
Atom miqyosidagi xarakteristikalar{0}}texnologiyasidagi yutuqlar inklyuziyalarning tabiatini tushunish uchun yangi istiqbollarni taqdim etadi. Atom zondli tomografiyasi (APT) atom ruxsati bilan uch o'lchovli elementar taqsimotni qayta qurishi mumkin. TiN qo'shimchalari va matritsa o'rtasidagi interfeysning so'nggi APT tahlili interfeysda 2-3 nm qalinlikdagi o'tish zonasini aniqladi. Ushbu zonada Ti va N kontsentratsiyasi C va Si kabi elementlarning ajralishi bilan birga gradient o'zgarishlarini ko'rsatadi. Ushbu mikro tuzilma nima uchun ba'zi interfeyslar yoriqlar tarqalishiga juda qarshilik ko'rsatishini tushuntiradi.
Onlayn monitoring texnologiyasining rivojlanishi anʼanaviy post{0}}fakto tekshirish rejimini oʻzgartirmoqda. Lazerli parchalanish spektroskopiyasiga (LIBS) asoslangan uzluksiz quyma ignabargli sirtni tekshirish tizimi real vaqtda sekundiga 100 ball tezlikda- sirt tarkibini tahlil qilishi mumkin. Issiq prokat paytida o'rnatilgan liniyali skanerlash CCD sirtini tekshirish tizimi qo'shimchalar natijasida yuzaga kelgan sirt anomaliyalarini aniqlash uchun mashinani o'rganish algoritmlaridan foydalanadi, aniqlik darajasi 95% dan oshadi. Ushbu real vaqt maʼlumotlari jarayonni sozlash uchun qimmatli vaqt oynasini taʼminlaydi, bu esa “passiv aniqlash”dan “faol boshqaruv”ga oʻtish imkonini beradi.
III. Inklyuzion nazoratning fizik-kimyoviy tamoyillari
Qo'shilish nazoratining asosi ularning eritilgan po'latdagi xatti-harakatlarini tushunishdan iborat. Stokes qonuni ideal sferik zarrachalarning suzuvchi harakatini tavsiflagan bo'lsa-da, erigan po'latdagi qo'shimchalarning harakati ancha murakkab. Birinchidan, sferik bo'lmagan zarralarning tortishish koeffitsienti -sferik zarralarga nisbatan 1,5-3 baravar ko'p, natijada suzish tezligi mos ravishda past bo'ladi. Ikkinchidan, eritilgan po'lat konvektsiyadan kelib chiqadigan tezlik gradientlari Magnus effektini keltirib chiqaradi, bu esa aylanadigan zarrachalarning lateral siljishiga olib keladi. Hisoblash suyuqlik dinamikasi simulyatsiyasi shuni ko'rsatadiki, tundishda 50 mikron diametrli Al₂O₃ qo'shilishining haqiqiy traektoriyasi ideal yo'ldan 40-60% uzunroqdir.
Elektromagnit tozalash texnologiyasining jismoniy asosi qo'shimchalar va eritilgan po'lat o'rtasidagi elektr o'tkazuvchanligidagi farqda yotadi. Eritilgan po'latga o'zgaruvchan magnit maydon (chastota 50-1000 Gts) qo'llanilganda, po'lat va qo'shimchalarda induktsiyali oqimlar turlicha hosil bo'ladi. Nazariy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, eritilgan po'latdan 1% dan kam o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan oksidli qo'shimchalar uchun differentsial elektromagnit kuch tortishish kuchidan 10-100 barobar ko'p bo'lishi mumkin. 200 Gts chastotali va magnit oqim zichligi 0,1 T bo'lgan aylanadigan magnit maydonni qo'llaydigan po'lat tegirmoni 20-50 mikron qo'shimchalarni olib tashlash tezligini 40% ga oshirdi. Shuningdek, u klasterlangan Al₂O₃ ga sezilarli parchalanish ta'sirini aniqladi, bu o'rtacha klaster hajmini 150 mikrondan 80 mikrongacha qisqartirdi.
Deoksidlanish jarayonlarini optimallashtirish termodinamika va kinetika o'rtasidagi muvozanatni o'z ichiga oladi. An'anaviy alyuminiy deoksidlanishi natijasida hosil bo'lgan Al₂O₃ qattiq va klasterlar hosil qilishga moyil. Kaltsiy bilan davolash Al₂O₃-ni past-erish nuqtasi-ga aylantirishi mumkin (<1500°C) calcium aluminates. Experimental data indicates that when the Ca/Al mass ratio reaches 0.12-0.15, the proportion of liquid inclusions exceeds 80%. The more advanced magnesium-calcium composite treatment technology, by forming MgO·Al₂O₃ spinel phase, reduces its contact angle in molten steel by 15° compared to Al₂O₃, making it easier to coalesce and float.
Qayta oksidlanishni nazorat qilish zamonaviy toza po'lat texnologiyasining asosiy muammosidir. Eritilgan po'lat va havo o'rtasidagi atigi 0,1 soniya aloqa qilish kislorod miqdorini 5-10 ppm ga oshirishi mumkin. Ar gaz pardasi bilan birgalikda uzun ko'krak va suv ostidagi kirish nozulli muhrlash tizimidan foydalanish reoksidlanishni 1 ppm ichida cheklashi mumkin. Intellektual boshqaruv texnologiyasidagi so'nggi ishlanmalar himoya gaz oqimini dinamik ravishda sozlash uchun eritilgan po'lat kislorod faolligini va haroratni real vaqt rejimida kuzatishni o'z ichiga oladi. Bu bir tonna po'lat uchun argon iste'molini 30% ga, qayta oksidlanish mahsulotlarini esa 50% ga qisqartirdi.
