夾雜物控制的案例
非金屬夾雜物詳解
其中作為基底的夾雜物（鋁硅酸鹽玻璃）一般當(dāng)鋼在熱加工時(shí)具有塑性，但是在這基底上分布的析出相晶體（如Al2O3、尖晶石類氧化物）的塑性很差。鋼經(jīng)熱變形后，塑性夾雜物相（基底）隨鋼變形而延伸，但脆性的夾雜物相不變形，仍保持原來(lái)形狀，只是彼此之間的距離被拉長(zhǎng)。
按夾雜物的來(lái)源：內(nèi)生夾雜物、外來(lái)夾雜物。
● 內(nèi)生夾雜物
在鋼的熔煉、凝固過(guò)程中，脫氧、脫硫產(chǎn)物，以及隨溫度下降，S、O、N等雜質(zhì)元素的溶解度下降，于是這些不溶解的雜質(zhì)元素就形成非金屬化合物在鋼中沉淀析出，最后留在鋼錠中。內(nèi)生夾雜物分布相對(duì)均勻，顆粒一般比較細(xì)小。可以通過(guò)合理的熔煉工藝來(lái)控制其數(shù)量、分布和大小等，但一般來(lái)講內(nèi)生夾雜物總是存在的。
● 外來(lái)夾雜物
爐襯耐火材料或爐渣等在鋼的冶煉、出鋼、澆鑄過(guò)程中進(jìn)入鋼中來(lái)不及上浮而滯留在鋼中稱為外來(lái)夾雜物。
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選擇盤子和內(nèi)含物。單擊確定。
2.使用視口左側(cè)的合并按鈕將兩個(gè)零件合并在一起。將零件命名為“總計(jì)”，將“合并”命名為“幾何圖形”，將“選項(xiàng)”命名為“抑制”，將“相交邊界”命名為“保留”。單擊繼續(xù)。選擇兩個(gè)部分，然后單擊“完成”。
3.展開零件，然后展開總計(jì)。雙擊部分分配。從視口中選擇板部分。單擊完成。在“編輯截面分配”窗口中，選擇“板”。單擊確定。
4.雙擊部分分配。從視口中選擇包含部分。單擊完成。在“編輯節(jié)分配”窗口中，選擇“包含”。單擊確定。
5.雙擊網(wǎng)格。從頂部菜單中選擇“種子”，然后選擇“按數(shù)字邊緣”。選擇總計(jì)。單擊完成。輸入41作為沿邊的元素?cái)?shù)。按下Enter鍵。單擊完成。
6.從頂部菜單中選擇“網(wǎng)格”，然后選擇“控件”。選擇總計(jì)。選擇四邊形作為元素形狀。從頂部菜單中選擇“網(wǎng)格”，然后選擇“零件”。單擊是。
創(chuàng)建破解域
1.雙擊零件。輸入名稱作為“裂紋”，“建模空間”為2D平面，“類型”為“可變形”，“基本特征”為“導(dǎo)線”，“近似大小”為5。單擊“繼續(xù)”。
2.從（-2,0）到（-1.5,0）畫一條線。單擊完成。
3.展開部件，然后雙擊實(shí)例。選擇裂紋。通過(guò)單擊確定接受默認(rèn)設(shè)置。
4.雙擊交互。單擊取消。從頂部菜單中單擊特殊，然后單擊裂紋，然后單擊創(chuàng)建。名稱為EdgeCrack，類型為XFEM。單擊繼續(xù)。選擇未破解的域作為“破解域”。在出現(xiàn)的菜單上，通過(guò)單擊表示裂紋的直線來(lái)指定裂紋位置。單擊確定。
5.雙擊交互。輸入名稱作為增長(zhǎng)。為所選步驟選擇初始步驟和類型作為XFEM裂紋擴(kuò)展。單擊繼續(xù)。XFEM Crack應(yīng)該具有EdgeCrack。單擊確定。
創(chuàng)建邊界條件和載荷
1.雙擊步驟。輸入名稱作為加載。在“增量”選項(xiàng)卡上，輸入“類型”為“自動(dòng)”，“最大增量數(shù)”為100000，“增量大小”為0.01、1e-005、0.01。單擊確定。
2.雙擊負(fù)載。
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超級(jí)奧氏體不銹鋼
高潔凈化不銹鋼
目前國(guó)內(nèi)不銹鋼廠由于夾雜物導(dǎo)致的產(chǎn)品報(bào)廢率高達(dá)20%以上。因而，不銹鋼冶煉過(guò)程中以夾雜物控制為中心的高潔凈化越來(lái)越引起人們的重視。在不銹鋼冶煉過(guò)程中，內(nèi)生夾雜物是在脫氧、合金化和鋼液結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的。成品的外來(lái)夾雜物是在鋼液的冶煉、澆鑄和運(yùn)輸中產(chǎn)生的。為獲得高潔凈度的不銹鋼，要注意入爐原料、脫氧劑、脫氧制度、精煉和連鑄工藝制度等。
其中比較著名的是含6%Mo的鋼（254SMo），這類鋼具有非常好的耐局部腐蝕性能，在海水、充氣、存在縫隙、低速?zèng)_刷條件下，有良好的抗點(diǎn)蝕性能（PI≥40）和較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，是Ni基合金和鈦合金的代用材料。
其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，具有更加優(yōu)秀的高溫或者耐腐蝕性能，是304不銹鋼不可取代的。另外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。
由于這種特種不銹鋼是一種高合金的材料，所以在制造工藝上相當(dāng)復(fù)雜，一般人們只能依靠傳統(tǒng)工藝來(lái)制造這種特種不銹鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。
在許多的領(lǐng)域中，比如:
1.海洋：海域環(huán)境的海洋構(gòu)造物，海水淡化，海水養(yǎng)殖，海水熱交換等。
2.環(huán)保領(lǐng)域：火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。
3.能源領(lǐng)域：原子能發(fā)電，煤炭的綜合利用，海潮發(fā)電等。
4.石油化工領(lǐng)域：煉油，化學(xué)化工設(shè)備等。
5.食品領(lǐng)域：制鹽，醬油釀造等。
在以上的眾多領(lǐng)域中，普通不銹鋼304是無(wú)法勝任的，在這些特殊的領(lǐng)域中，特種不銹鋼是不可缺少的，也是不可被替代的。
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金屬3D打印材料國(guó)產(chǎn)化唯有扎實(shí)技術(shù)突破和創(chuàng)新 ——訪中航邁特粉冶科技（北京）有限公司總經(jīng)理高正江先生
他是一位從軍工院所里走出來(lái)的教授級(jí)高工和材料專家，從事相關(guān)技術(shù)工作超過(guò)10年，長(zhǎng)期研究粉末合金及其制備技術(shù)，密切關(guān)注全球制粉技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，深知我國(guó)制粉技術(shù)的“痛點(diǎn)”，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)迎難而上，不斷挑戰(zhàn)新工藝，不斷試錯(cuò)，先后攻克了“無(wú)坩堝純凈冶煉”、“細(xì)粉收得率”、“陶瓷夾雜物控制”、“粉末流動(dòng)性”等技術(shù)難點(diǎn)。他說(shuō)，院所老師們和科室老專家不僅教會(huì)了他做技術(shù)的本領(lǐng)，更重要的是傳承了“爬爐子”扎根生產(chǎn)技術(shù)一線的務(wù)實(shí)工作精神。
在中航邁特的中試基地，現(xiàn)場(chǎng)可以看到除了從歐美引進(jìn)的幾臺(tái)檢測(cè)設(shè)備，他們制粉及成套生產(chǎn)線設(shè)備全部立足于自主化、國(guó)產(chǎn)化，基本都是自主設(shè)計(jì)、加工制造和組裝調(diào)試。作為國(guó)內(nèi)唯一一家既生產(chǎn)粉末材料又設(shè)計(jì)總包制粉設(shè)備生產(chǎn)線的企業(yè)，中航邁特絕對(duì)掌握了3D打印金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域的“核心利器”，跟擁有進(jìn)口裝備的同行相比，中航邁特?fù)碛械氖菍儆谧约旱募夹g(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和裝備能力，具備核心裝備自主保障能力和規(guī)模化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。高正江先生風(fēng)趣地介紹：“中航邁特專注制粉裝備技術(shù)和粉末業(yè)務(wù)還有另外一個(gè)原因，作為一家初創(chuàng)型公司，沒有較多的資金，只能發(fā)揮專長(zhǎng)，圍繞制粉這一個(gè)突破口持續(xù)攻關(guān)。”
“材料技術(shù)”是金屬3D打印應(yīng)用爆發(fā)的基礎(chǔ)
我國(guó)金屬3D打印技術(shù)研究先期比較關(guān)注打印設(shè)備和工藝過(guò)程，缺乏對(duì)合金材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)和后處理技術(shù)研究。從材料成分設(shè)計(jì)、微量元素調(diào)控、粉末制備、物性控制、粉末改性、粉末回收利用、打印、熱處理和測(cè)試評(píng)價(jià)，整個(gè)流程應(yīng)圍繞“材料技術(shù)”開展系統(tǒng)性研究。目前，3D打印用戶外購(gòu)粉末材料進(jìn)行打印，并不了解如何根據(jù)零件性能需求對(duì)所使用的粉末進(jìn)行成分優(yōu)化和調(diào)控。
展開 我國(guó)高品質(zhì)船舶、海洋工程用鋼研究進(jìn)展
但僅僅采用 TMCP 工藝只能在一定程度上緩解熱影響區(qū)的脆性 , 還需配合其他技術(shù)控制措施以滿足更大的熱輸入量需求。
（2）第二相粒子釘扎機(jī)制
奧氏體晶粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大是影響奧氏體韌性的主要原因之一。通過(guò)第二相粒子對(duì)晶界的釘扎作用可以有效地控制奧氏體晶粒在加熱和冷卻過(guò)程中的尺寸 , 從而改善其韌性。通過(guò)微 Ti 處理及 Nb、Ti 復(fù)合處理等方法可以在鋼中形成細(xì)小且彌散分布的 TiN 或復(fù)合析出的 （Ti、Nb）N 質(zhì)點(diǎn) , 對(duì)高溫奧氏體晶界的遷移起到拖曳和釘扎作用 , 從而抑制奧氏體晶粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大 , 保證鋼在一定大熱輸入量焊接后具有足夠的韌性
（3）控制熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變
利用焊接熱影響區(qū)內(nèi)的晶內(nèi)針狀鐵素體板條間的“互鎖”作用 , 可以起到有效細(xì)化奧氏體晶粒和提高熱影響區(qū)韌性的作用。晶內(nèi)針狀鐵素體是中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 , 在奧氏體晶內(nèi)的非金屬夾雜物上形核、長(zhǎng)大、晶內(nèi)針狀鐵素體一般由 Ti 2 O 3 的復(fù)合夾雜物形核生成。由 Ti 系夾雜物作為形核核心生成晶內(nèi)針狀鐵素體的能力大小為。另外 , 晶內(nèi)針狀鐵素體也可以基于 Mg、Ca 的氧化物形核。目前 , 利用鋼中微細(xì)粒子促進(jìn)晶內(nèi)針狀鐵素體生成從而改善HAZ韌性已經(jīng)成為氧化物冶金的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
3.2我國(guó)大熱輸入量焊接用鋼的開發(fā)和研究現(xiàn)狀
楊才福等的研究結(jié)果表明 ,Ti-Mg 復(fù)合處理可以有效減小鋼中氧化物顆粒的尺寸 , 通過(guò)促進(jìn)晶內(nèi)針狀鐵素體形核 , 提高焊接熱影響區(qū)的塑性在100～200kJ/cm的熱輸入量條件下粗晶熱影響區(qū)中的微觀組織以針狀鐵素體為主 , 在 -20℃時(shí)的沖擊功達(dá)到 350J。于磊等研究了 Al 元素對(duì)低合金高強(qiáng)鋼在大熱輸入量條件下焊接粗晶熱影響區(qū)中 M-A 組元及沖擊韌性的影響。
展開 神奇！這種材料可以讓裂縫不再蔓延
轉(zhuǎn)爐冶煉采用低碳、超低硫、夾雜物形態(tài)控制的純凈鋼冶煉技術(shù)；鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉后，再進(jìn)行RH、LF爐外精煉，進(jìn)一步提高鋼水質(zhì)量，然后澆鑄成連鑄板坯；為實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化和細(xì)晶強(qiáng)化，熱軋采用TMCP（控制軋制和控制冷卻）技術(shù)，采用兩階段的控制軋制，并充分保證再結(jié)晶區(qū)的變形量；軋制后采用加速冷卻，保證變形后相變組織以得到多邊形鐵素體+針狀鐵素體為主。
（第三代控制軋制和控制冷卻技術(shù)）
（三）國(guó)產(chǎn)止裂鋼僅有5年歷史，卻已比肩國(guó)際先進(jìn)水平
止裂鋼屬于船舶用鋼中的高精尖產(chǎn)品，技術(shù)要求高，生產(chǎn)難度大。此前，只有日本和韓國(guó)的鋼鐵企業(yè)能夠生產(chǎn)。近年來(lái)，面對(duì)市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)加大此產(chǎn)品的研發(fā)力度。
中國(guó)鋼鐵企業(yè)在止裂鋼方面的研發(fā)生產(chǎn)起步于2013年，當(dāng)年進(jìn)入科研開發(fā)階段。雖然僅有5年歷史，但憑借先進(jìn)的裝備和工藝技術(shù)，國(guó)產(chǎn)止裂鋼作為后起之秀，迅速在國(guó)際鋼鐵市場(chǎng)占有了一席之地。
面對(duì)國(guó)外已有的專利技術(shù)壁壘，中國(guó)鋼鐵企業(yè)針對(duì)超大型集裝箱船用止裂鋼板開展了系列技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新性的提出了基于控制軋制和控制冷卻新工藝的“多相﹑多尺度”組織調(diào)控理論及實(shí)現(xiàn)高止裂性能的冶金學(xué)原理，形成了高精度超寬厚板軋制控制、高等級(jí)表面質(zhì)量等一系列核心技術(shù)，持續(xù)優(yōu)化化學(xué)成分設(shè)計(jì)、軋制、矯直及冷卻工藝，通過(guò)多相組織配比調(diào)控,獲得了具有高強(qiáng)塑性﹑低屈強(qiáng)比﹑高止裂性和易焊接性鋼板。
（中國(guó)5000mm超寬厚板軋機(jī)）
2015年，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)首次開發(fā)出最大厚度為90毫米的止裂鋼并順利通過(guò)船級(jí)社認(rèn)證；2016年，國(guó)產(chǎn)止裂鋼首次應(yīng)用于大型造船廠，首批供貨量4000噸。
展開 基于氧化銦納米晶體的紫外窄帶光電探測(cè)器
離子注入是現(xiàn)代電子技術(shù)中的基本方法，可以控制夾雜物的尺寸從而調(diào)節(jié)光電探測(cè)器的光學(xué)性質(zhì)。用于氧化銦納米晶體的Al2O3基質(zhì)提供了一些優(yōu)于其他電介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@種寬帶隙材料（8.9 eV）對(duì)于寬范圍的波長(zhǎng)是透明的。
Alexey Mikhaylov 指出：“在我們的研究過(guò)程中，我們?cè)O(shè)法實(shí)現(xiàn)了暗電流的顯著降低（與其他基于In2O3納米線類似的光電探測(cè)器相比，實(shí)現(xiàn)了兩倍以上）。通過(guò)將In2O3相整合到寬帶矩陣中并由于它的低暗電流，新的光電探測(cè)器顯示出卓越的響應(yīng)度和外部量子效率的記錄值。”
UV范圍內(nèi)的靈敏度帶寬僅為60 nm，并顯示出高紫外-可見光抑制比（高達(dá)8400）。該光電探測(cè)器非常適用于窄帶光譜選擇光電探測(cè)器等實(shí)際應(yīng)用。基于離子合成納米晶體的器件設(shè)計(jì)也有助于實(shí)現(xiàn)可見盲光電探測(cè)器。
展開 齒輪的表面完整性與抗疲勞制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
圖7 巴克豪森表面檢測(cè)
( a) 手動(dòng)檢查和自動(dòng)檢測(cè); ( b) 機(jī)器人在線檢測(cè)
2.2 齒輪的熱處理硬化及表面完整性控制
非主要的承力齒輪常常采用45 鋼調(diào)質(zhì)處理后直接機(jī)械加工而使用。最近發(fā)展的低碳貝氏體-馬氏體鋼來(lái)制作齒輪也無(wú)需熱處理硬化。機(jī)械工業(yè)常常采用20CrMnTi、20CrMnTiH42CrMo、39NiCrMo3、40CrMoA17、SAE4140 和AISI5130 等材料來(lái)制造重要的關(guān)鍵承力齒輪，而航空航天工業(yè)則要采用優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度合金鋼制造，如高純夾雜物精細(xì)控制的M50NiL、9310 鋼等材料常常被用來(lái)制造承力齒輪。承力齒輪常常需要采用感應(yīng)淬火、滲碳、滲氮或碳氮共滲以及滲硼或其他元素來(lái)增加表面層的硬度，提高表面層的強(qiáng)度，從而來(lái)增加表面層的疲勞抗力和減小表面磨損。適宜的硬化層深度和硬度梯度是齒輪熱處理硬化的關(guān)鍵。過(guò)硬的表面和較大的硬化梯度或較淺的硬化層深度極易形成具有雞蛋殼似的硬層，這將導(dǎo)致齒輪受載后表面層發(fā)生早期剝落，應(yīng)引起足夠的重視，并采用適當(dāng)?shù)挠不に噥?lái)避免出現(xiàn)此類情況。低于規(guī)定的硬度和較小的硬化層硬度梯度或較深的硬化層則易在表面形成磨損或難以達(dá)到預(yù)期的硬化效果。近年來(lái)發(fā)展的深層滲碳和深層滲氮技術(shù)為形成適宜的硬化層深度和硬度梯度提供了較好的新思路和成熟的工藝方法。
齒輪熱處理硬化的表面完整性控制就是控制表面硬化層的組織結(jié)構(gòu)、硬度梯度和硬化層深度以及殘余應(yīng)力等。齒輪熱處理硬化控制不當(dāng)易導(dǎo)致表層出現(xiàn)黑色組織、脫碳、白亮層較深、微觀裂紋等缺陷，也易導(dǎo)致本應(yīng)形成的殘余壓應(yīng)力變成殘余拉應(yīng)力。
展開 風(fēng)電增速箱鍛件制造技術(shù)及質(zhì)量控制的研究
表1 前期風(fēng)電增速箱鍛件制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析
風(fēng)電增速箱鍛件制造質(zhì)量控制
為滿足客戶對(duì)風(fēng)電增速箱運(yùn)行可靠性及使用壽命的要求，必須對(duì)增速箱鍛件的生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
風(fēng)電增速箱鍛件質(zhì)量問(wèn)題的判斷
風(fēng)電增速箱鍛件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和本質(zhì)晶粒度是產(chǎn)品的關(guān)鍵控制點(diǎn)。原材料和熱加工過(guò)程對(duì)上述指標(biāo)有至關(guān)重要的影響，鍛造廠在鍛造前應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)行復(fù)檢，合格后才可使用。在鍛件的制造過(guò)程中應(yīng)對(duì)加熱、鍛造、熱處理進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
增速箱鍛件制造過(guò)程質(zhì)量控制
⑴原材料的質(zhì)量控制。
1)冶煉方法：原材料要求采用電弧爐/轉(zhuǎn)爐+精煉爐+真空脫氣工藝進(jìn)行冶煉，采用氣體保護(hù)法澆鑄或真空澆鑄或連鑄，冶煉過(guò)程應(yīng)控制夾雜物含量和氣體含量。
2)模鑄錠要求進(jìn)行開坯，開坯鍛比不小于3，鍛造開坯必須有鐓粗、拔長(zhǎng)工序且鍛后緩冷處理。
3)采用模鑄錠開坯后的鍛坯和連鑄坯料均需要檢測(cè)化學(xué)成分、氣體含量及低倍等。
⑵鍛造的質(zhì)量控制。
1)嚴(yán)格控制材料的利用率：模鑄錠的兩端應(yīng)保證足夠切除量(冒口去除大于15%，水口端去除大于5%)；要求每個(gè)鍛件能追溯到熔煉爐號(hào)、鋼錠(連鑄坯)編號(hào)及在鋼錠(連鑄坯)中的具體位置。
2)加熱爐控制：要求嚴(yán)格按加熱工藝升溫、保溫，采用溫度檢測(cè)儀器測(cè)定爐內(nèi)溫度的均勻性。
3)鍛造的控制：鍛造必須有反復(fù)鐓拔過(guò)程，鍛件心部區(qū)域有足夠的塑性變形量，不得少于二次鐓拔過(guò)程。模鑄錠鍛造比不小于5，連鑄坯料鍛造比不小于6，最后一火鍛造比必須不小于1.5。嚴(yán)格按鍛造工藝執(zhí)行，控制每次的變形量，每次變形應(yīng)到位，嚴(yán)格控制終鍛溫度；中間因設(shè)備問(wèn)題或其他原因可以回爐，視后續(xù)鍛比情況，應(yīng)進(jìn)行降溫鍛造。
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末高溫合金及制備技術(shù)研究進(jìn)展
可見，粉末的表面形貌也是控制高溫合金粉末O 含量的重要因素。
2.4.2 高溫合金粉末形貌高溫合金在氣體霧化過(guò)程中，金屬液流受到高速氣流的沖擊而解體，形成細(xì)小的熔滴。這些熔滴由于表面張力的作用，在下降過(guò)程中具有形成球體的趨勢(shì)，因而一般氣體霧化的金屬粉末以球形為主。氣體霧化粉末的球形度主要取決于金屬熔體破碎后熔滴球化時(shí)間和凝固時(shí)間的相對(duì)大小。當(dāng)熔滴的球化時(shí)間比凝固時(shí)間短時(shí)，在凝固前能夠進(jìn)行充分的球化，則凝固后所得粉末多為規(guī)則球形；反之則熔滴在凝固前不能進(jìn)行充分的球化，凝固后將形成不規(guī)則形狀的粉末顆粒。課題組采用Ar 氣霧化制備的高溫合金粉末以球狀為主，平均球形度為0.90(圖10)。
2.5 粉末中非金屬夾雜物的控制
粉末高溫合金中非金屬夾雜物會(huì)影響合金的低周疲勞性能[32,33]。對(duì)高溫合金母合金非金屬夾雜物分析表明，母合金純凈度對(duì)粉末的非金屬夾雜物含量有影響。粉末中部分非金屬夾雜物，如Mg 和Al的氧化物等，可能來(lái)源于熔煉過(guò)程中的耐火料。本課題組采用電子束紐扣錠將粉末態(tài)和固結(jié)成形態(tài)中的粉末高溫合金中非金屬夾雜匯聚，采用同步輻射X 射線衍射(synchrotron X-ray diffraction)研究夾雜物的遺傳特性，X射線波長(zhǎng)為0.082577 nm。結(jié)果表明，Al2O3夾雜會(huì)從粉末遺傳到塊體合金中，因此需從源頭控制該類非金屬夾雜。
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