Расчетно-экспериментальное моделирование диффузионного распада переохлажденного аустенита доэвтектоидных конструкционных сталей

• Автор: Ануфриев, Николай Петрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Обзор механизмов образования продуктов диффузионного распада переохлажденного аустенита

1.1.1 Аллотриоморфный феррит

1.1.2 Феррит в виде видманштетта

1.1.3 Механизм образования перлита

1.1.4 Строение перлита в конструкционной стали марки X5

1.2 Современные методы изучения кинетики фазовых и структурных превращений

1.3 Подходы к моделированию кинетики изотермического превращения

1.3.1 Расчет инкубационного периода при изотермическом превращении

1.3.2 Классическая кинетика роста
1.3.3 Уравнение КолмогороваДжонсонаМэйлаАврами
1.3.4 Другие применяемые уравнения для описания изотермического превращения
1.4 Подходы к моделированию кинетики фазовых превращений
при непрерывном охлаждении
1.4.1 Правило аддитивности Шейла
1.4.2 Концепция истинной изотермической диаграммы превращения
1.4.3 Модель Камамото
1.4.4 Исследование превращения аустенита в феррит при непрерывном охлаждении методом клеточного автомата
1.4.5 Теория фазовых полей
1.5 Постановка задачи исследования
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы
2.2 Методика проведения простого термического анализа
2.3 Проведение дилатометрических исследований
2.4 Изучение микроструктуры сталей
2.5 Проведение дюрометрических исследований
2.6 Методика проведения испытаний на прокаливаемость
2.7 Методика расчета кинетики перлитного превращения в изотермических условиях
2.8 Методика расчетов кинетики уа превращения при непрерывном охлаждении
2.9 Определение погрешности проведенных экспериментов
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ
ДИФФУЗИОННОГО РАСПАДА МЕТЛСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА ДОЭВТЕКТОИДНЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ
3.1 Аналитическое описание изотермических диаграмм распада переохлажденного аустенита доэвтектоидных
низколегированных сталей
3.2 Расчет объемной доли перлита, образовавшегося при
непрерывном охлаждении доэвтектоидных
низколегированных сталей
3.3 Расчет кинетики образования избыточного феррита, образовавшегося при непрерывном охлаждении
доэвтектоидных низколегированных сталей
3.4 Выводы по главе
4. РАСЧЕТНОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ
КИНЕТИКИ РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА ДОЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ И ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ
4.1 Исследование кинетики распада переохлажденного
аустенита сталей Г2С, ХГТ и Х методом торцевой закалки
4.2 Исследование кинетики распада переохлажденного
аустенита сталей Х2НМ и Х2ГНМ методом простого
термического анализа
4.2.1 Определение температурновременных интервалов
протекания фазовых превращений в стали Х2НМ при непрерывном охлаждении
4.2.2 Металлографические и дюрометрические исследования стали Х2НМ
4.2.3 Построение термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита стали Х2ГНМ
4.3 Изучение кинетики у а превращения в стали Х5МФ методом дилатометрического анализа
4.3.1 Исследование кинетики распада переохлажденного
аустенита стали Х5МФ в изотермических условиях
4.3.2 Определение температурных интервалов фазовых
превращений при непрерывном охлаждении стали Х5МФ
4.3.3 Экспериментальное определение кинетики фазовых превращений стали Х5МФ при непрерывном
охлаждении
4.3.4 Металлографические исследования образцов из стали X5МФ после непрерывного охлаждения
4.3.5 Дюрометрические исследования дилатометрических образцов из стали Х5МФ
4.3.6 Расчет кинетики перлитного превращения при непрерывном охлаждении стали Х5МФ
4.4 Выводы по главе
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОДОКАПЕЛЬНОЙ ЗАКАЛКИ РАБОЧИХ БАЖОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ИЗ СТАЛИ Х5МФ
5.1 Результаты промышленных экспериментов по определению теплофизических параметров водокапельной закалки
5.2 Расчетная оценка структурных нолей прокатных валков диаметром бочки 0.0 мм из стали Х5МФ после водокапельной закалки
5.3 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ


Феррит, который зарождается на уже образовавшемся аллоотриоморфном феррите это вторичный видманштсттовый феррит 7. Зарождение вторичного видманштеттового феррита преимущественно протекает на полукогерентной межфазной границе между ферритом и аустенитом. Типичная микроструктура вторичного видманштеттового феррита в сварном соединении стали показана на рисунке 1. Схема механизма образования видманштеттового феррита приведена на рисунке 1. Так как сталь охлаждается от высокой температуры, то аллотриоморфный феррит формируется с соотношением Курдюмова Загса и Нишияма Вассермана с аустенитным зерном у и имеет полукогерентную межфазную границу. При дальнейшем охлаждении вторичный видманштегтовый феррит зарождается на стороне у аллотриоморфного феррита и растет в аустенитное зерно. Процесс такого зарождения и роста приводит к явной зубчатой морфологии рисунок 1. Предложено два механизма роста видманштеттового феррита. В первом случае рост сопровождается боковым перемещением полукогерентных межфазных границ малыми шагами рейками в поверхность раздела 9, . Во втором случае видмашптеттовый феррит может расти по механизму замещения . Многие экспериментальные результаты согласуются со вторым механизмом превращения. Тонкий клинообразный видманштегтовый феррит, образуется вследствие кооперативного, согласованного роста двух кристаллографических типов феррита. Пластины видманштеттового феррита растут в непревращенный аустснит вытягиванием вдоль его длины. Так как видманштегтовый феррит формируется при температурах значительно ниже, чем аллотриоморфный феррит, то рост протекает в условиях параравновесия то есть, отношение концентрации железа к концентрации атомов замещения стабильно и в исходной, и в конечной фазах. Скорость роста контролируется только диффузией углерода в аустените 8. Типичная микроструктура перлита имеет много колоний пластинчатой смеси феррита и цементита рисунок 1. В оптический микроскоп каждая колония перлита рисунок 1. Феррит и цементит внутри перлитной колонии показывают предпочтительные кристаллографические ориентировки 8. Рисунок 1. СМСИТИТ 2. ОТ 1 ферргг,
цементит 2. Рисунок 1. Перлит растет в аустенит кооперативным ростом феррита и цементита. Ни феррит, ни перлит не показывают любые предпочтительные кристаллографические ориентировки с аустенитом, в который они растут. Межфазная граница колонии с аустенитом является некогерентной высокоэнергетической границей. В результате, перлит, который зарождается на уже образовавшемся аллотриоморфном феррите, всегда выбирает сторону феррита высокоэнергетическую границу, которая не имеет кристаллографической взаимосвязи с аустенитным зерном. Напротив, видманштеттовый феррит и бейнит зарождаются всегда на низкоэнергетических межфазных границах 8. Еще в работах Джоливета и Портевина в сталях с системой легирования СгЬНМо было отмечено несколько морфологий образования эвтектоидного перлита пластинчатый перлит, зернистый узловатый перлит, зернистый древовидный перлит, зернистый игольчатый перлит рисунок 1. В работе изучены кинетика и морфология образования перлита при изотермическом распаде переохлажденного аустенита стали X5. Дилатометрические образцы представляли собой цилиндры диаметром 2. Аустенитизация проводилась при С в течении 3 минут. С и проводилась изотермическая выдержка в течении 5. После изотермической обработки образцы охлаждали в воде. Рисунок 1. Изучение кинетики изотермического распада переохлажденного аустенита позволило построить изотермическую диаграмму распада переохлажденного аустенита стали X5 рисунок 1. При температуре 0 С наблюдалась время минимальной устойчивости переохлажденного аустенита стали X5, которое составило порядка 2,5 минут. Рисунок 1. При температурах изотермической выдержки выше носа Собразной диаграммы формируется смешанная структура пластинчатого и зернистого узловатового перлита рисунок 1. При понижении температуры изотермической выдержки от 0 до 0 С наблюдается морфология зернистого перлита, также обнаружено наличие игольчатые выступы рисунок 1. При изотермической выдержке при температуре 0 С получена структура зернистый игольчатый перлит.