钢液中氧化铝夹杂物的形核生长及去除动力学

在钢液Al脱氧实验的基础上,从动力学的角度,分析了Al脱氧机理。本研究的Al脱氧动力学考虑了界面性质的影响。Al脱氧机理包括,Al加入之后,Al_(2)O_(3)的形核和生长,以及脱氧平衡后,Al_(2)O_(3)夹杂的团聚和去除。Al_(2)O_(3)的形核数量密度为(0.72-1.62)×10^(14) m^(-3),随着过饱和程度的增加以及Al_(2)O_(3)核心与钢液界面张力的减小,形核数量密度增大。这些趋势可以用均相形核理论来解释。我们估算出,Al_(2)O_(3)形核的平均界面张力为1.43 N·m^(-1),频率因子为4.27X10^(35) m^(-3)·s^(-1),形核时间为0.01 s,平均形核速率为1.96x10^(16)m^(-3)·s^(-1)。加入Al后,在2.2-3.7 s内,通过钢液中过饱和[O]的扩散,Al_(2)O_(3)核心迅速生长为直径为2.0-2.6μm的Al_(2)O_(3)夹杂物。在随后的脱氧平衡中,随着钢液中[O]浓度的增加,Al_(2)O_(3)夹杂物的生长速率增加,其生长机理可以用Ostwald成熟理论来解释。同时,Al_(2)O_(3)团簇夹杂物随着凝聚力的增大而增大,夹杂物的凝聚既包括单夹杂物的合并,也包括上浮过程中的簇状夹杂物的合并。

GCr15轴承钢中TiN夹杂物聚合机理研究

在对GCr15轴承钢的扫描电镜观察中发现了尺寸不同的2类TiN夹杂物,包括小尺寸单颗粒TiN和多颗粒聚合TiN。对TiN的热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出。对TiN生长动力学的计算表明,在初始Ti的质量分数为0.006 0%~0.007 8%和N的质量分数为0.004 9%~0.007 0%,TiN析出的局部冷却速度为0.5~10 K/s,析出温度为1 620~1 640 K的条件下,单颗粒TiN最终析出半径为1~6μm。对多颗粒聚合型TiN形成机制研究表明,其是由单颗粒TiN经历了3个阶段形成的:当有距离较近的单颗粒TiN时,两者之间会自发形成腔桥并通过腔桥力相互吸引靠近;当带有活性的TiN尖端接触后,发生碰撞粗化;各基相发生固相烧结。