Моделирование процесса кристаллизации и формирования структуры литых двойных сплавов

• Автор: Пилецкая, Елена Георгиевна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. Н

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1.Равновесная кристаллизацияб

1.2.Неравновесная кристаллизацияЩ

1.2.1. Моделирование неравновесной кристаллизации двойных сплавов в условиях беспрепятственной диффузии в жидкости и отсутствия диффузии в твердой фазе.И
1.2.2. Моделирование неравновесной кристаллизации двойных сплавов в условиях полного диффузионного массопсреноса в жидкости и ограниченной диффузии

в твердой фазе

1.2.3. Моделирование неравновесной кристаллизации двойных сплавов в условиях ограничения диффузионного массопереноса в жидкой и в твердой фазах.

1.3. Краткие выводы и задачи исследования

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ.
2.1. Объекты исследования
2.2. Методика исследования.
2.2.1. Методика исследования неравнозесной кристаллизации сплавов А12п.
2.2.2. Методика исследования неравновесной кристаллизации сплавов Сибп
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ
3.1.Математическая модель неравновесной кристаллизации
двойных сплавов в системах с непрерывным рядом твердых
растворов и эвтектическим превращением.
3.2. Построение математической модели неравновесной кристаллизации двойных сплавов с псритектнческим превращением
3.3. Программная реализация математической модели неравновесной кристаллизации двойных сплавов.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ
4.1. Экспериментальное исследование неравновесной кристаллизации сплавов А12п.ч
4.2. Экспериментальное исследование неравновесной кристаллизации сплавов Сивп
5. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ
5.1. Коэффициент взаимодействия Г.т
5.2. Моделирование неравновесной кристаллизации сплавов системы А12п1Ъ
5.3. Моделирование неравновесной кристаллизации сплавов с перитектическим превращением систем Сибп и БеС
5.4. Оценка адекватности модели неравнозесной кристаллизации двойных сплавов гТ
вывода
ЛИТЕРАТУРА


О - соответственно содержание второго компонента в твердой и жидкой фазах при данной температуре. При равновесной кристаллизации изменяются не только состазы фаз, но одновременно увеличивается количество твердой фазы, а количество жидкости уменьшается до тех пор, пока при температуре 7$ не затвердеет последняя порция жидкости, образуя твердую фазу состава С0. Таким образом, сразу по окончании кристаллизации сплав С0 будет представлять собой гомогенный однофазный твердый раствор. Кристаллизация сплава состава С/ до температуры Т? Со- При любой фиксированной температуре в интервале Т? Те состав всей твердой фазы и состав всей жидкости может быть определен точками пересечения горизонтали, соответствующей этой температуре, с линиями ликвидуса и солидуса. В результате по окончании этого превращения сплав будет состоять из твердого раствора состава С„р°, выделившегося в интервале '-, и эвтектики, состоящей из твердого раствора состава С„ра и твердого раствора состава С„/ [3]. В системе перитскгического типа (рис. С/ проходит в полной аналогии со сплавом Со (см. Подобным образом будет проходить и кристаллизация сплавов С,1 и С," до температуры перитектического превращения 7>. При 7> твердая фаза состава Са и жидкость состава СР вступают в реакцию и образуют новый твердый раствор состава Ср. Однако в сплаве С;' будет присутствовать некоторое избыточное количество первичных кристаллов состава Са, которое сохраняется после реакции с жидкостью. Для сплава С,-" справедлива противоположная ситуация: здесь наблюдается недостаток твердого раствора состава Са при 7>, и он будет полностью израсходован при перитектической реакции, в то время как некоторое количество жидкости останется, и кристаллизация продолжится. При затвердевании последних капель жидкости при температуре Т$ (см. С,". Необходимо вновь подчеркнуть, что в ходе кристаллизации всех рассмотренных выше сплавов наблюдается полная однородность по составу в пределах каждой фазы. Это уравнение называется правилом «равновесного рычага» и может быть легко решено для затвердевшей доли при данной температуре, т. Изучение процесса кристаллизации сплавов с помощью равновесной диаграммы состояния возможно либо при условии, что диффузионный массоперекос между фазами проходит моментально, либо при бесконечно большом времени кристаллизации. На практике эти условия никогда не реализуются. А.А. Бочвара [4]: «Основной причиной, ограничивающей область применения диаграммы состояния, является недоучитывание роли того влияния, которое оказывает на все процессы время или, точнее, скорость перехода от одного состояния к другому». L2«Dst, где длина растущего кристалла, 0$ -коэффициент диффузии растворенного компонента в твердой фазе, / - время. V - скорость движения фронта кристаллизации [6]. На рис. Данные для систем Ге-С и Ое-№ приводятся лишь для иллюстрации этой зависимости. Из рис. З видно, что равновесная кристаллизация возможна только в системе Ре-С, где коэффициент диффузии углерода в железе достаточно высок, хотя и в этой системе при сравнительно высоких скоростях охлаждения (например, на поверхности слитка из изложницы) число Пекле в твердой фазе приближается к . Для сплавов /гоЛг/, напротив, коэффициент диффузии в твердой фазе невелик, вследствие чего для всех процессов, приведенных на рис. З, значение числа Пекле превышает 0, что является типичным для многих металлических систем. Зе? Рис. Итак, равновесная модель применима для корректного описания хода кристаллизации сплавов лишь в некоторых случаях. На практике кристаллизация сплавов всегда проходит неравновесно. Этот процесс будем называть разделительной диффузией. Слой жидкого раствора, прилегающий к поверхности растущего кристалла, обогащается одним из компонентов. Это выравнивание может идти путем диффузии и конвективного перемешивания. Наконец, наличие градиента концентраций внутри кристаллов обусловливает выравнивание диффузии в твердой фазе”. Полнота протекания каждого из указанных диффузионных процессов различна в разных условиях кристаллизации.