Si对铸态高碳铬轴承钢中渗碳体类型转变的影响机理

利用真空感应炉制备了四种不同Si(质量分数/%:0.29、0.42、0.71、1.50)的铸态高碳铬轴承钢,并采取非水溶液电解法萃取钢中碳化物。通过扫描电镜观察钢中碳化物的二维和三维形貌,采用X-射线衍射仪(XRD)对不同Si含量下碳化物的类型进行探究,并结合热力学和第一性原理计算明确Si含量影响渗碳体类型的本质机理。研究结果表明,不同Si含量的高碳铬轴承钢中都存在两种类型的碳化物,分别是片层状渗碳体((Fe_(1-X)Mn_(X))_(3)C)和晶界碳化物M23C6。随着w[Si]从0.29%增加到1.50%,M23C6晶界碳化物由连续粗大的棒状结构变为断续细小的点状结构,说明Si含量的增加对晶界碳化物的析出具有抑制效果。而Si含量的增加,降低了Mn在(Fe_(1-X)Mn_(X))_(3)C渗碳体中的占比,渗碳体类型的转变趋势为Fe_(1.8)Mn_(1.2)C向Fe_(3)Mn0C转变。可能的原因是,渗碳体生成析出过程,Si原子被外排到渗碳体周围形成富Si微区,阻碍基体中的Mn原子向渗碳体扩散,降低了Mn在基体中的活度以及扩散迁移能力,从而降低了Mn在渗碳体中的相对含量。

高炉渣化学组分对硅酸盐微观聚合结构演变规律的影响

高炉渣组分间的协同作用直接影响阴离子聚合结构的形成及复杂程度。研究了不同R_(2)、ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))及ω(Al_(2)O_(3))变化时硅酸盐聚合结构的演变规律。通过热力学计算确定实验升温制度及中断的温度节点,根据拉曼光谱分析发现当R_(2)和ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))增加时,高炉渣中的硅酸盐阴离子团发生解聚,呈现Q_(4)、Q_(3)向Q_(0)、Q_(1)和Q_(2)结构单元演变,导致结构稳定性变差,炉渣流动性增强,当碱度大于1.2时,ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))大于0.55时则出现反向转化或变缓趋势。随ω(Al_(2)O_(3))的增加,Q_(0)相对含量变化幅度不大,Q_(1)相对含量先增加后减少,Q_(2)相对含量明显减少,Q_(3)相对含量明显增加,Q_(4)相对含量整体呈增加趋势,炉渣阴离子团结构趋于复杂,渣系中的非桥氧含量呈现缓慢的降低趋势,当ω(Al_(2)O_(3))含量超过16%时,非桥氧含量下降趋势则更为明显。

大型高炉回旋区内气-固流动行为研究

以国内某3200 m^(3)高炉鼓风参数为依据,采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合的方法,模拟研究了高炉回旋区动态演化过程,分析了焦炭颗粒接触特性及流化状态。结果表明,初始鼓风阶段回旋区高度的增量大于深度的增量,持续鼓风,回旋区尺寸逐渐稳定,焦炭颗粒的低配位数增多,高配位数减少,回旋区边缘焦炭颗粒趋于流态化;同一速度下,随着风口面积增大,回旋区内气体与焦炭颗粒之间的曳力增大,焦炭颗粒接触力减弱,接触概率降低,加剧回旋区内焦炭颗粒流态化程度。

Si对高碳铬轴承钢晶界碳化物的影响

为探究Si含量的变化对高碳铬轴承钢连铸坯截面不同位置晶界碳化物的影响,采用激光共聚焦显微镜模拟连铸坯截面相应位置的冷却速率(20.0、2.0、0.2℃/s),并以此冷却速率分别处理不同Si含量的高碳铬轴承钢。通过扫描电镜和X射线衍射仪检测并分析晶界碳化物析出量和尺寸分布。结果表明,Si质量分数的增加(0.29%~1.48%)导致C、Mo和Mn元素在晶界处的偏析程度降低,进而抑制了晶界碳化物的析出。同时,Si会增加晶界碳化物M_(23)C_(6)的吉布斯自由能,导致碳化物的析出延后,缩短了晶界碳化物的生长时间,由此可知,Si含量增加也存在细化晶界碳化物的效果。另外,在较低的冷却速率(0.2~2.0℃/s)下,Si含量对晶界碳化物的析出和尺寸变化影响显著。因此,可以推断出高碳铬轴承钢连铸坯芯部和糊状区(冷却速率较低)晶界碳化物的生长受Si含量的影响更加明显,适当提高Si质量分数(不大于0.71%)有助于晶界碳化物析出量的降低和尺寸的减小。本研究可为高品质轴承钢碳化物的精细调控进一步提供助力。

基于三维细观随机模型的耐火浇注料损伤

细观尺度的耐火浇注料损伤研究对揭示损伤演化过程与机制意义重大。借助计算机辅助技术,应用Matlab编译耐火浇注料三维随机模型随机生成程序,并结合Comsol Multiphysics建模工具,建立了符合耐火浇注料颗粒级配的三维细观随机模型,随后导入Abaqus,最大主应力准则作为裂纹开裂准则,研究了耐火浇注料损伤演化全过程。结果显示本模型可以捕捉到从微观到宏观不同尺度上的微裂纹扩展行为;耐火浇注料应用过程中微裂纹通常起始于基质部分的缺陷处,并在骨料周围45°位向方向快速扩展。基质间相邻裂纹尖端的应力分布与骨料的存在可影响裂纹的扩展路径,使其在骨料周围发生偏转,弯曲方向远离骨料颗粒,其结果与实际损伤破坏结果一致。