Системный анализ неравновесной кристаллизации углеродистых и низколегированных сталей для прогнозирования их структурной и химической микронеоднородности

• Автор: Емельянов, Константин Игоревич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений

Введение

1 .Обзор литературы

1.1 .Исследование дендритной микроструктуры литых заготовок

1.1.1. Статистическая оценка параметров микроструктуры

1.1.2.Исследование первичных междуосных промежутков А.]

1.1.3.Исследование вторичных междуосных промежутков Х.

1.2. Исследования дендритной ликвации в литых заготовках

1.2.1. Формирование дендритной ликвации

1.2.2. Перитектическое превращение

1.2.3. Численный анализ дендритной ликвации
1.2.4. Результаты численных исследований дендритной ликвации
1.3.Заключение
2. Компьютерный анализ условий неравновесной кристаллизации низколегированных сталей
2.1. Модель неравновесной кристаллизации многокомпонентных
сплавов
2.1.1 .Общая структура модели
2.1.2. Модель неравновесной кристаллизации первичной 8-фазы
2.1.3. Этап перитектического превращения
2.2.Информационное обеспечение модели
2.2.1.Теплофизические параметры сплавов
2.2.2.Физико-химические параметры сплавов
2.2.3. Параметры вычислительной схемы
2.3. Результаты численного анализа затвердевания углеродистых и низколегированных сталей

Раздел 3. Компьютерный анализ структурной микронеоднородности при неравновесной кристаллизации многокомпонентных сплавов
3.1 .Модель роста дендритов
3.2.Формирование структурной микронеоднородности кристаллитов твердой фазы
3.3. Компьютерное моделирование структурной микронеоднородности
при кристаллизации многокомпонентных сплавов
3.4. Исследование параметров дендритной структуры
3.5. Компьютерный анализ структурной микронеоднородности
4. Компьютерное моделирование дендритной ликвации в условиях неравновесной кристаллизации
4.1. Физическая модель дендритной ликвации
4.2. Компьютерный анализ дендритной ликвации
4.2.1. Численная модель анализа ликвации для двухфазных систем
(5+L) и (y+L)
4.2.2. Моделирование перитектического превращения
4.3 .Результаты моделирования дендритной ликвации
5. Использование результатов работы для анализа неравновесной кристаллизации литых заготовок
5.1 .Возможности и перспективы развития
5.2. Компьютерный анализ затвердевания отливки «Корпус»
Выводы
Список литературы
Приложение
Приложение

Список условных обозначений
Обозначение Размерность Описание
Индексы
і — компонент сплава
У — Фаза
К — механизм коалесценции
Ь — Жидкое
Б — Твердое
Р — перитектика
м — Металл
кр — кристаллизация
0 — исходное значение
Физико-химические параметры
Р К/% тангенс угла наклона линии ликвидуса диаграммы состояния
к — коэффициент распределения
//> °с температура перитектического превращения
сР масс. % концентрация углерода в перитектической точке 7 диаграммы состояния.
й м2/с коэффициент диффузии
Г Км коэффициент Гиббса-Томсона
с масс. % концентрация компонента
С,.0 масс. % исходная концентрация компонента в сплаве
р. °С температура ликвидуса
& °С температура солидуса
о Дж/м2 межфазное натяжение
Теплофизические параметры

мимо теплофизических факторов (доля твердой фазы т, теплота кристаллизации Н, теплоемкость с и др.) и физико-химических параметров (коэффициент распределения к, наклон поверхности ликвидуса р, коэффициент диффузии в расплаве О1' и др.) сплава влияние капиллярных сил, морфологии дендритов (Д, г и X) и состава жидкой фазы.
При рассмотрении многокомпонентных систем исследователи расходятся в методике учета состава сплава. Так, в [35, 69] влияние компонентов сплава на кинетику коалесценции рассматривается на основе принципа выбора из них одного лимитирующего; в уравнениях (6-7) (табл. 1.8) учитывается аддитивный вклад всех компонентов сплава. Представленные альтернативы, а также использование иных подходов решения данной задачи [71-72] не получили до сих пор исчерпывающей аргументации или надежного экспериментального подтверждения. Наибольший интерес в табл. 1.8 представляет уравнение (6), предполагающее выбор подходящего значения коэффициента ф для одного из альтернативных механизмов коалесценции [36]. Использование коэффициента ф вносит в уравнение дополнительную степень свободы, позволяя решать прямую и обратную задачу формирования дендритной микроструктуры. В то же время, преобразование этого выражения путем замены базового диффузионного соотношения — уравнения Шейля (для условий полного подавления диффузии в твердой фазе, что нехарактерно для сплавов железа с ускоренной диффузией компонентов внедрения), позволило дать обобщенное описание частичного протекания диффузии в твердой фазе на основе уравнения Онака [66].
Важной особенность представленных статистических моделей для прогнозирования дендритной микроструктуры, является практически полное отсутствие в них сведений об экспериментальных данных и характере их осреднения (аппроксимации). Во всех моделях отражена информация лишь о средних значениях вторичных междуосных промежутков дендритов (кг)ср, при этом не указывается характер распределения первичных измерений (^2), относительно среднего (^•2)сР- Количество публикаций, в том или ином виде представляющих такую информацию, весьма мало [11, 13, 21, 29]; в них не указаны методы статистической