I. Natur Gorfforol Cynwysiadau Metelaidd ac Esblygiad Systemau Dosbarthu
Mae cynhwysiant metelaidd mewn dur, fel "marcwyr microsgopig" o'r broses fetelegol, nid yn unig yn adlewyrchu hanes cyflawn y broses fwyndoddi ond hefyd yn dod yn "laddwyr anweledig" sy'n cyfyngu ar gymhwyso dur pen uchel. Yn y ganrif bron{2}}datblygiad hir o feteleg, mae'r ddealltwriaeth o gynhwysiant wedi mynd trwy newid gwybyddol o "niweidiol a rhaid ei ddileu" i "reoladwy ac optimeiddio ar gyfer defnydd." Mae ymchwil mewn technoleg dur glân modern yn dangos nad yw dileu cynhwysion yn gyfan gwbl yn economaidd nac yn ymarferol; y nod gwyddonol yw eu rheoli o fewn maint diogel ac ystodau morffoleg ffafriol.
Yn ôl y system ddosbarthu fodern sy'n seiliedig ar fecanweithiau ffurfio, mae cynhwysiant metelaidd wedi datblygu i fod yn system pedwar dimensiwn sy'n cwmpasu "adwaith rhyngwyneb mewndarddol -exogenous--dyodiad eilaidd." Mae gan ddarnau metelaidd alldarddol, fel y diffygion macrosgopig mwyaf nodweddiadol, broses ffurfio wedi'i llenwi â newidynnau proses. Pan fydd ychwanegion aloi pwynt toddi uchel (fel ferrotungsten, ferromolybdenwm) yn cael eu hychwanegu at ddur tawdd, mae ffilm tawdd ewtectig o Fe-W neu Fe{-Mo yn ffurfio ar wyneb y bloc. Mae trwch y ffilm hon yn pennu'r gyfradd toddi. Mae astudiaethau'n dangos, pan fo maint y bloc aloi yn fwy na dimensiwn critigol (Dc=30mm), mae cyfradd trosglwyddo gwres y ffilm tawdd arwyneb yn is na'r gyfradd dargludiad thermol mewnol, gan greu ffenomen "craidd oer" gyda graddiant tymheredd sy'n fwy na 200 gradd / cm. Mae'r craidd heb ei doddi hwn yn cadw ei strwythur grisial gwreiddiol yn ystod y solidiad dilynol, gyda diffyg cyfatebiaeth gyson dellt o 7-12% o'i gymharu â'r matrics, gan ffurfio ffynhonnell naturiol o grynodiad straen.
Mae cynnwys prosesau weldio yn ailadrodd ar raddfa microsgopig o'r broses fetelegol. Yn y broses weldio TIG, pan fydd y dwysedd cerrynt weldio yn disgyn islaw gwerth critigol (120A sy'n cyfateb i ddwysedd cyfredol o 85 A / mm²), mae'r defnyn tawdd a ffurfiwyd ar flaen yr electrod twngsten yn cael ei gyfyngu gan y cydbwysedd rhwng tensiwn arwyneb a disgyrchiant. Mae efelychiadau deinameg hylif cyfrifiannol yn dangos bod defnynnau llai na 1.5mm mewn diamedr yn arddangos taflwybrau osgiliadol ansefydlog ym maes llif nwy cysgodi argon. Mae rhai defnynnau yn gwyro o gyfeiriad y prif lif i haen ffin y pwll weldio ac yn cael eu dal gan y metel weldio sy'n solidoli'n gyflym. Mae gan y gronynnau twngsten hyn sydd wedi'u dal nodweddion micro-: haen ocsid arwyneb tua 50-200nm o drwch a phresenoldeb - gwedd metastabl y tu mewn oherwydd oeri cyflym, gyda chaledwch hyd at 1.3 gwaith yn fwy na'r cyfnod -W confensiynol.
Mae gan{0}}strwythurau cast penodol, fel cynhyrchion y broses solidoli, fecanweithiau ffurfio mwy cymhleth. Mae ffurfio "caeadau oer" yn golygu cyplu cineteg ocsideiddio a dynameg hylif. Wrth arllwys, mae'r ffilm ocsid a ffurfiwyd ar yr wyneb dur (FeO yn bennaf) yn rhwygo ac yn mynd yn gaeth oherwydd llif cythryblus. Mae data arbrofol yn dangos, pan fydd y cyflymder arllwys yn fwy na 0.8 m/s, mae'r tebygolrwydd o ddarnio ffilm ocsid yn cynyddu deirgwaith. Mae'r darnau hyn o ocsid yn mynd trwy brosesau hydoddi lleihau cymhleth o fewn y dur tawdd. Mae'r rhannau sydd wedi'u lleihau'n anghyflawn yn ffurfio creiddiau cyfoethog o ocsigen, wedi'u hamgylchynu gan barthau graddiant cyfansoddiad, lle gall graddiant amrywiad cynnwys carbon o'r craidd allan gyrraedd 0.5% fesul 100µm.
II. Esblygiad Modern Technoleg Canfod Cynhwysiant
Mae cyfyngiadau profion metallograffig traddodiadol yn dod yn fwyfwy amlwg ym maes deunyddiau uwch. Mae technoleg canfod modern yn datblygu tuag at gyfeiriadau "aml-graddfa, -foddol, ac mewn-situ deinamig". Un datblygiad mawr mewn technoleg profi ultrasonic yw cymhwyso technoleg arae fesul cam. Trwy araeau archwilio gyda 64-128 o elfennau, gall cydraniad canfod neidio o lefel milimedr i lefel is--milimedr. Mae ymchwil diweddaraf yn dangos bod cyfuno stilwyr â ffocws â thechnoleg agorfa synthetig yn gwella'r gyfradd ganfod ar gyfer cynhwysiant lefel 100µm o'r 30% i 85% traddodiadol, tra'n galluogi lleoleiddio gofodol tri dimensiwn.
Mae technoleg dadansoddi microsgopeg electron wedi cael newidiadau chwyldroadol. Gall microsgopeg electron sganio allyriadau maes ynghyd â mapio sbectrosgopeg gwasgaredig ynni (EDS) gwblhau dadansoddiad dosbarthiad elfennol dros sawl milimetr sgwâr o fewn munudau. Gall y dechneg diffraction backscatter electron mwy datblygedig (EBSD) ddatgelu'r berthynas cyfeiriadedd crisialog rhwng cynhwysiant a'r matrics, sy'n hanfodol ar gyfer deall llwybrau lluosogi crac. Mae arbrofion wedi canfod pan fo perthnasoedd cyfeiriadedd penodol (fel cyfeiriadedd ciwb-ciwb) yn bodoli yn y rhyngwyneb matrics cynhwysiant, mae'r egni rhyngwynebol yn gostwng 35%, ac mae anhawster cychwyn crac yn cynyddu yn unol â hynny.
Mae datblygiadau arloesol mewn-technoleg nodweddu graddfa atomig yn darparu persbectifau newydd ar gyfer deall natur cynhwysiant. Gall tomograffeg chwiliwr atom (APT) ail-greu dosraniad elfennol tri dimensiwn gyda chydraniad atomig. Datgelodd dadansoddiad APT diweddar o'r rhyngwyneb rhwng cynhwysiant TiN a'r matrics barth pontio 2-3nm o drwch yn y rhyngwyneb. O fewn y parth hwn, mae crynodiadau Ti ac N yn dangos newidiadau graddiant, ynghyd â gwahaniad elfennau fel C a Si. Mae'r microstrwythur hwn yn esbonio pam mae rhai rhyngwynebau yn dangos ymwrthedd eithriadol i ymlediad craciau.
Mae datblygiad technoleg monitro ar-lein yn newid y modd archwilio traddodiadol ar ôl-facto. Gall system archwilio arwyneb biled castio parhaus sy'n seiliedig ar sbectrosgopeg dadansoddiad a achosir gan laser (LIBS) ddadansoddi cyfansoddiad arwyneb mewn-amser real ar gyflymder o 100 pwynt yr eiliad. Mae system archwilio arwyneb CCD llinell a osodwyd yn ystod treigl poeth yn defnyddio algorithmau dysgu peirianyddol i nodi anghysondebau arwyneb a achosir gan gynhwysiant, gyda chyfradd cywirdeb adnabod yn fwy na 95%. Mae'r data amser real hyn yn darparu ffenestr amser werthfawr ar gyfer addasiadau proses, gan alluogi newid o "ganfod goddefol" i "reolaeth weithredol."
III. Egwyddorion Ffisicocemegol Rheoli Cynhwysiant
Craidd rheoli cynhwysiant yw deall eu hymddygiad mewn dur tawdd. Er bod cyfraith Stokes yn disgrifio ymddygiad symudol gronynnau sfferig delfrydol, mae ymddygiad cynhwysiant mewn dur tawdd gwirioneddol yn llawer mwy cymhleth. Yn gyntaf, mae'r cyfernod llusgo ar gyfer gronynnau nad ydynt yn sfferig 1.5-3 gwaith yn fwy na'r rhai sfferig, gan arwain at gyflymder arnofio cyfatebol is. Yn ail, mae graddiannau cyflymder a achosir gan ddarfudiad dur tawdd yn cynhyrchu'r effaith Magnus, gan achosi dadleoli ochrol o ronynnau cylchdroi. Mae efelychiadau deinameg hylif cyfrifiannol yn dangos, mewn tundish, bod trywydd gwirioneddol cynhwysiant Al₂O₃ diamedr 50µm 40-60% yn hirach na'r llwybr delfrydol.
Mae sail ffisegol technoleg puro electromagnetig yn gorwedd yn y gwahaniaeth mewn dargludedd trydanol rhwng cynhwysiant a dur tawdd. Pan fydd maes magnetig eiledol (amlder 50-1000 Hz) yn cael ei gymhwyso i ddur tawdd, mae ceryntau anwythol yn cael eu cynhyrchu'n wahanol yn y dur a'r cynhwysiadau. Mae cyfrifiadau damcaniaethol yn dangos, ar gyfer cynhwysiant ocsid â dargludedd llai nag 1% o ddur tawdd, y gall y grym electromagnetig gwahaniaethol fod 10-100 gwaith y grym disgyrchiant. Fe wnaeth melin ddur sy'n defnyddio maes magnetig cylchdroi ag amledd o 200 Hz a dwysedd fflwcs magnetig o 0.1 T wella cyfradd tynnu cynhwysiant 20-50µm 40%. Canfu hefyd effaith darnio sylweddol ar Al₂O₃ clystyrog, gan leihau maint cyfartalog y clwstwr o 150µm i 80µm.
Mae optimeiddio prosesau dadocsidiad yn cynnwys cydbwysedd rhwng thermodynameg a chineteg. Mae Al₂O₃ a gynhyrchir gan ddadocsidiad alwminiwm traddodiadol yn gadarn ac yn dueddol o ffurfio clystyrau. Gall triniaeth calsiwm drawsnewid Al₂O₃ yn-pwynt-doddi isel (<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.
Rheoli ailocsidiad yw her graidd technoleg dur glân modern. Gall cyswllt rhwng dur tawdd ac aer am ddim ond 0.1 eiliad gynyddu cynnwys ocsigen 5-10 ppm. Gall defnyddio system selio gyda ffroenell hir a ffroenell mynediad tanddwr, ynghyd â llen nwy Ar, gyfyngu ar ailocsidiad i fewn 1 ppm. Mae datblygiadau diweddar mewn technoleg rheoli deallus yn cynnwys monitro amser real o weithgaredd ocsigen dur tawdd a thymheredd i addasu llif nwy cysgodi yn ddeinamig. Mae hyn wedi lleihau'r defnydd o argon fesul tunnell o ddur 30% tra'n torri cynhyrchion ailocsidiad 50%.
