冶金工业中夹杂物清洁度的表征和控制

冶金工业经常关注的问题之一是夹杂物清洁度的表征和控制。在大多数情况下，金属和合金的使用性能受到孤立或聚集的夹杂物的影响。因此，铝、钢、活性金属和高温合金行业同样关注清洁问题也就不足为奇了。无论在什么情况下，颗粒的大小、形态和化学成分都起着重要的作用。然而，随着对金属零件轻量化、机械性能和降低成本的追求，对夹杂物清洁度的要求越来越难以实现。发展的必要步骤涉及检测技术和夹杂物表征(通常是自动化的)，以及液态金属加工中夹杂物行为模拟方法的突破。这些发展将使在工业规模上控制夹杂物清洁度的新解决方案更容易出现。

本专题分为两个互补的主题，一方面讨论了包裹体的分析和表征技术，另一方面讨论了模拟单个颗粒或包裹体群体行为的建模方法^[1]。第一部分包括无损检测方法，如超声检测和X射线断层扫描，这些方法在检测性能和定义方面取得了重大进展，以及使用定量金相技术的检测方法，这些方法现在仍然经常使用。第二部分，分散相的数值模拟正经历着一项重要的科学发展，它有利于冶金反应器中夹杂物的模拟。结合热力学和流体动力学方面，新的数值技术正在发展，以解决不同尺度(从包裹体的介观尺度到过程的宏观尺度)的复杂问题。此外，夹杂物之间的相互作用(碰撞、聚集、破碎)和夹杂物在界面处的行为(凝固前沿、气泡、渣…)仍然是重大的科学挑战。最后，不断开发的数值软件和数据库解决了夹杂物与其环境(液态金属、渣或气体)之间的热化学平衡问题。这些问题还包括夹杂物在凝固后的行为、夹杂物在晶界的生长以及它们在热处理过程中的演变。

[1] Bellot J P, Gardin P, Gruy F, et al. Inclusion cleanliness in metallic alloys[J]. Metallurgical Research and Technology, 2019, 116(5): 507.

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