【新刊速览】曹磊:Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为
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Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为
曹磊
1
,郭宇航
1
,王国承
1,2
,魏建峰
3
,鹿超超
3
(1.辽宁科技大学材料与冶金学院, 辽宁鞍山 114051; 2.辽宁省高校冶金工程重点实验室, 辽宁鞍山 114051;3.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司, 山东莱芜 271104)
摘 要
Fe - Mn - Al - C 低密度钢中聚集长大的 AlN 夹杂物对钢质量有严重影响。通过高温共聚焦激光扫描显微镜结合场发射扫描电子显微镜对 Fe - Mn - Al - C 低密度钢液态及凝固过程中 AlN 夹杂物演变行为进行原位观察。发现 AlN 夹杂物在液态钢中发生聚集现象,形成尺寸较大的多颗粒聚集型 AlN 夹杂物;在随后的降温凝固过程中聚集型 AlN 夹杂向液 - 固界面靠近并被液 - 固界面前沿推动;随着液相量的减少,聚集型 AlN 夹杂物最终被固相吞噬。为了明晰聚集机理,由于观察的大部分单颗粒 AlN 半径为 1 ~ 10 μ m ,通过受力分析计算了钢液中半径为 1 ~ 10 μ m 的 AlN 夹杂物的黏性阻力和夹杂物之间的腔桥力大小。发现腔桥力远大于黏性阻力,腔桥力是导致 AlN 夹杂物聚集的主要作用力。基于腔桥力理论进一步分析了腔桥形成的总自由能变化,以 2 个半径均为 8 μ m 的单颗粒 AlN 夹杂物为例,计算了腔桥形成的总自由能变化,发现 2 个 AlN 夹杂物之间形成稳定腔桥的临界距离 d c 为 1.5 μ m ;当 2 个 AlN 夹杂物之间的距离 d 大于 d c 时, AlN 夹杂聚集过程的总自由能变化大于 0 ,不会形成稳定腔桥;当 d 小于 d c 时,聚集过程的总自由能变化小于 0 , AlN 夹杂物之间可以形成稳定的腔桥从而发生聚集。试验观察和液 - 固界面处夹杂物受力平衡计算发现,范德瓦尔斯力对凝固过程中的 AlN 夹杂物运动起到关键的作用。 AlN 夹杂物先被液 - 固界面前沿推动,随着温度降低和液相量减少, AlN 夹杂物最终被固相捕捉并吞噬。
关 键 词
F e - Mn - Al - C 低密度钢; AlN 夹杂物; 聚集; 腔桥; 自由能变化; 临界距离
引 言
精 选 图 表
结 论
END
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