Анализ и моделирование процессов формирования дендритной неоднородности в сталях с целью её устранения

• Автор: Суфияров, Вадим Шамилевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 189 с. : ил.

Введение

1 Дендритная неоднородность и ее роль в формировании качества литых заготовок

1.1 Формирование структурной микронеоднородности в стали

1.1.1 Оценка параметров дендритной структуры слитков и отливок

1.1.2 Характеристика неоднородности дендритной структуры слитков и отливок в макромасштабе и основные влияющие на нее факторы
1.1.3 Характеристика неоднородности дендритной структуры слитков и отливок в микромасштабе и основные влияющие на нее факторы
1.1.4 Современные представления о механизме формирования дендритной структуры и ликвации

1.1.5 Компьютерное моделирование дендритной неоднородности

1.2 Влияние металлургических и технологических факторов на снижение уровня дендритной неоднородности

1.2.1 Диффузионный отжиг (гомогенизация)

1.2.2 Пластическая обработка
1.2.3 Управление затвердеванием
1.2.4 Перспективные металлургические технологии обеспечения качества металлических изделий и заготовок
1.3 Заключение и постановка задач исследования
2 Изменение морфологии фронта кристаллизации и развитие структурной микронеоднородности при затвердевании в условиях предельной (маргинальной) стабильности
2.1 Анализ границ структурной устойчивости при направленной кристаллизации сплавов железа

2.2 Условия структурного перехода плоский фронт - ячеистая кристаллизация для сплавов железа при низких скоростях направленного роста (У<У„)
2.3 Оценка условий формирования структуры при затвердевании в металлической форме (изложнице)
2.4 Условия структурного перехода ячеистая кристаллизация -дендритная кристаллизация
3 Формирование дендритной ликвации и возможность ее устранения термической обработкой
3.1 Влияние легирующих компонентов на геометрию области кристаллизации диаграмм состояния
3.2 Определение характера распределения легирующих элементов но сечению дендритной ячейки
3.3 Оценка динамики изменения остаточной микроликвации при гомогенизационной термической обработке
3.3.1 Анализ диффузионной подвижности легирующих элементов.

3.3.2 Оценка взаимного влияния компонентов стали на их совместную диффузию
3.3.3 Влияние количественного содержания легирующего элемента на кинетику гомогенизации
3.4 Моделирование температурно-временного режима
гомогенизационной термической обработки
3.4.1 Анализ «сопутствующей» гомогенизации, происходящей в процессе технологических операций нагрева и охлаждения
3.4.2 Результаты моделирования штатного гомогенизационного отжига
4 Моделирование ускоренного затвердевания в условиях газовой
атомизации
4.1 Разработка модели

4.1.1 Описание и допущения математической модели
4.1.2 Газодинамические процессы при газовой атомизации
4.1.3 Теплообмен в системе «капля расплава - поток газа»
4.1.4 Неравновесная кристаллизация в условиях быстрого затвердевания
4.1.5 Исходные данные для моделирования
4.2 Анализ условий затвердевания сплавов при атомизации
4.2.1 Исследование скоростных характеристик системы капля расплава - поток газа
4.2.2 Влияние технологических факторов на скорость охлаждения и переохлаждение расплавов
4.2.3 Зависимость скорости роста кристаллов от кристаллизационных параметров и интенсивности теплообмена с
газовым потоком
4.3 Прогнозирование микроструктурных характеристик сплавов
4.4 Исследование структуры порошков, полученных газовой атомизацией
4.4.1 Объект и методы исследования
4.4.2 Общий вид и поверхность частиц
4.4.3 Дендритная структура
4.4.4 Локальная химическая неоднородность
4.5 Моделирование гомогенизации атомизированных частиц
5 Моделирование и анализ кристаллизации атомизированных частиц
на основе локально-неравновесной модели
5.1 Постановка задачи
5.2 Формулировка модели
5.3 Анализ результатов моделирования
Заключение
6 Список использованной литературы:

Для качественного изменения структурной и химической неоднородности в металлических изделиях необходима разработка принципиально новых технологических приемов, основанных на процессах ускоренного затвердевания, например, путем гранулирования жидкого металла с помощью быстрой кристаллизации капель и последующего компактирования подученных гранул [20].
1.2.4 Перспективные металлургические технологии обеспечения качества металлических изделий и заготовок
Распыление расплава (в иностранной литературе процесс носит название атомизация) находит все более широкое применение в сочетании с интенсивным развитием так называемых аддитивных технологий - в частности, селективного лазерного плавления и спекания [55]. В частности, методы распыления широко используют для получения порошков из сплавов алюминия, свинца, а также ряда других металлов и сплавов, в том числе тугоплавких. Наибольшее распространение в настоящее время получило распыление расплавов газообразным энергоносителем (газовая атомизация).
Частицы, произведенные с помощью газовой атомизации, обладают благоприятными исходными параметрами для получения компактного изделия, как с помощью традиционных технологий порошковой металлургии, так и с помощью новых технологий быстрого прототипирования (селективное лазерное сплавление/спекание, лазерная/электроннолучевая наплавка), которые предъявляют особые требования к исходным материалам (определенный гранулометрический состав, сферичность частиц).
Поскольку прямое измерение ряда режимных характеристик в процессе газовой атомизации практически не возможно, распространенным методом изучения условий затвердевания расплава является численное компьютерное моделирование технологии [56, 57, 58], позволяющее изучить эволюцию