编辑荐读| Metallurgical and Materials Transactions B精选文章2024 Issue 05
超大型梁坯模具中壳体的非均匀凝固行为
Non-uniform Solidification Behavior of Shell in Ultra-Large Beam Blank Mold
连续铸造模具中壳体的非均匀凝固是超大型梁坯（ULBB）表面裂纹高发的主要原因。为了研究壳体非均匀热传递及其微观结构生长的行为，我们开发了一个考虑模具助熔剂和空气间隙动态填充在壳体-模具界面的壳体凝固的热力学模型（TMM），以及一个描述壳体微观结构生长的元胞自动机-有限元（CAFE）模型。在这些模型中，从TMM计算出的ULBB表面和模具之间的界面热通量被加载到CAFE模型上，因此，壳体凝固和微观结构生长的跨尺度模拟被耦合起来。结果显示，在模具中整个凝固过程中，网状物、圆角和ULBB窄面的中心区域的位置不会形成空气间隙。厚空气间隙形成并集中在翼尖、翼内外角以及其周围区域。厚模具助熔剂主要分布在翼外角区域，以及距离翼外角两边缘0至45毫米和0至31毫米的翼尖和窄面区域。空气间隙和模具助熔剂的最大厚度出现在翼内外角到模具出口处的翼尖接头位置，分别约为0.75毫米和0.99毫米。模具周长上空气间隙和模具助熔剂厚度的最大差异在模具出口处约为0.75毫米和0.67毫米。壳体的最高和最低温度出现在翼尖和翼内角，差值为215 K。壳体的最大和最小厚度出现在翼内角的中心和距离网状物中心617毫米的圆角，分别约为27.0毫米和16.3毫米，差值为10.7毫米。壳体的最大和最小平均晶粒尺寸出现在圆角和翼内角，分别约为507.1μm和474.5μm，差值为32.6μm。
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在各种操作参数下，对顶吹转炉中的多相流动和燃后特性进行数值分析
Numerical Analysis of Multiphase Flow and Post-Combustion Characteristics in a Top-Blown Converter with Various Operating Parameters
为了描述转炉中的多相流动和燃后特性，本文建立了两个独立的3D模型。第一个模型，被称为喷射-空腔模型，关注氧气喷射和液体浴的相互作用，并讨论了不同操作参数（喷枪高度和操作压力）对气-渣-金属行为的影响。结果显示，氧气喷射对浴面的冲击产生了粗糙的表面波动，空腔和一些金属片在渣面上。降低喷枪高度或增加操作压力可能会增强氧气喷射对熔融浴的冲击。随着喷枪高度的降低，穿透深度增加，而冲击直径减小。增加操作压力会增加穿透深度，但对冲击直径的影响很小。第二个模型被称为燃后模型，用于描述转炉空间中的CO燃后。它基于上述喷射-空腔模型得到的空腔大小（冲击直径和穿透深度），并分析了在不同操作参数下单流燃后喷枪（SF-PCL）的燃后特性。结果表明，燃后反应产生的高温区和CO2主要位于喷射边界和多个喷射之间的区域。增加喷枪高度或操作压力有助于燃烧更多的CO。在喷枪高度为1.6米时，转炉的燃后比率是H = 1.2米和H = 1.4米的1.08和1.04倍。当操作压力为0.89 MPa时，它是P = 0.69 MPa和P = 0.79 MPa的1.05和1.03倍。
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稀土金属合金化对高强度油套钢中夹杂物演变的影响
Effect of Rare Earth Metal Alloying on Inclusion Evolution in High-Strength Oil Casing Steel
夹杂物的类型和形态对高强度油套钢的性能有重要影响。在本文中，我们进行了实验室实验，研究了铈（Ce）合金化和保温时间对油套钢夹杂物改性的影响。结果显示，随着Ce含量和保温时间的增加，夹杂物逐渐从不规则形状变为椭圆形状。在改性过程中，夹杂物经历了以下转变：Ca–Al–O + Al2O3+ Al–Mn–Si–O → Ca–Ce–Al–O + Ce (Mn, Si)–Al–O → CeAlO3→ CaO-Ce2O3+ Ce2O3。当保温时间为5分钟时，随着Ce含量从0增加到77 ppm，夹杂物的平均尺寸从1.26减小到1.14μm。然而，当保温时间超过20分钟时，夹杂物的平均尺寸首先呈现下降趋势，然后随着Ce添加量的增加而呈现上升趋势。此外，随着Ce含量从0增加到77 ppm，熔融钢中夹杂物的数量密度逐渐减少。对于在炉内冷却至室温的铸锭样品，随着钢中Ce含量的增加，夹杂物的转变呈现出以下特征：Al2O3+ xCaO·yAl2O3→ Ca–Ce–Al–O → CeAlO3+ CeAl11O18→CeAlO3→ CeAlO3+ Ce2O3。在本研究中，稀土金属（REM）改性高强度油套钢中夹杂物的最佳改性时间和Ce含量分别为20分钟和超过60 ppm。
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预测镁合金热裂倾向的本构模型
A Constitutive Model for Predicting Hot Tearing Propensity of Magnesium Alloys
热裂是镁锭中的严重铸造缺陷，需要开发本构关系准确预测镁合金的易裂性。在这项研究中，我们提出了一个弹性-粘塑性（E-V）模型，用于预测Mg-Zn-Cu合金的热裂倾向。我们的发现表明，与弹性-塑性（E-P）模型相比，E-V模型产生的热裂指标（HTI）与实验结果更为接近。此外，E-V模型成功地与关于热裂起始温度的实验数据同步。值得注意的是，考虑粘塑性应变导致E-V模型中的应变值高于E-P模型中观察到的那些。此外，我们的研究强调，采用E-V方法更适合预测镁合金的热裂，并为评估这种材料系统内的铸造缺陷提供了宝贵的见解。
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期刊简介
Metallurgical and Materials Transactions B 创刊于1970年，重点关注金属和材料加工科学与工程方面的最新研究。
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