Алексей Сергеевич Куркин
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1
Alexey S. Kurkin
2-ya Baumanskaya ul. 5, Moscow, 105005
Регулирование параметров технологического производства позволяет получать заданные свойства металла. Выбор таких параметров возможен на основе компьютерного моделирования процессов с учетом структурных и фазовых превращений металла. Цель работы — исследование основных диффузионных и бездиффузионных процессов превращений легированных сталей при нагреве и охлаждении с использованием методов математического моделирования. Проведен сравнительный анализ уравнений кинетики фазовых превращений, включающий сопоставление уравнений Колмогорова – Аврами и Остина – Рикетта, по-разному описывающих зависимость скорости диффузионного превращения от времени и достигнутой степени превращения. Установлено, что уравнение Остина – Рикетта эквивалентно уравнению Колмогорова – Аврами, но с плавным убыванием экспоненты Аврами в ходе превращения. Показаны преимущества уравнения Колмогорова – Аврами при моделировании кинетики ферритно-перлитного и бейнитного превращений, применимость уравнения для моделирования кинетики превращений мартенсита при отпуске стали, определены параметры для описания процесса отпуска (для стали 35) при различных температурах. Кроме того, проведен анализ уравнений на основе параметра Холломона – Яффе, диаграмм мартенситного превращения легированных сталей и недостатков применяемого для их описания уравнения Койстинена – Марбургера. На основе полученных результатов предложены уравнения зависимости степени превращения от температуры (аналогичные уравнениям Колмогорова – Аврами и Остина – Рикетта) с минимальным количеством параметров, которые могут быть найдены по опубликованным данным. Приведен итерационный алгоритм определения параметров предложенной модели, обеспечивающий минимальное среднеквадратичное отклонение построенной зависимости от исходных экспериментальных результатов. Представлена зависимость точности аппроксимации от температуры начала превращения. Выявлен сложный характер развития мартенситного превращения у легированных сталей. Показано преимущество использования уравнения типа Остина – Рикетта при построении моделей по ограниченному объему экспериментальных данных. Полученные результаты позволяют распространить подходы, применяемые при моделировании диффузионных процессов распада аустенита, на описание процессов образования и распада мартенсита в легированных сталях.
Regulation of the process parameters allows obtaining the desired properties of the metal. Computer simulation of technological processes with allowance for structural and phase transformations of the metal forms the basis for the proper choice of those parameters. Methods of mathematical modeling are used to study the main diffusion and diffusion-free processes of transformations in alloyed steels during heating and cooling. A comparative analysis of the kinetic equations of phase transformations including the Kolmogorov – Avrami and Austin – Rickett equations which describe in different ways the time dependence of the diffusion transformation rate and attained degree of transformation has been carried out. It is shown that the Austin – Rickett equation is equivalent to the Kolmogorov – Avrami equation with a smooth decrease of the Avrami exponent during the transformation process. The advantages of the Kolmogorov – Avrami equation in modeling the kinetics of ferrite-pearlite and bainite transformations and validity of this equation for modeling the kinetics of martensite transformations during tempering are shown. The parameters for describing the tempering process of steel 35 at different temperatures are determined. The proposed model is compared with equations based on the Hollomon – Jaffe parameter. The diagrams of martensitic transformation of alloyed steels and disadvantages of the Koistinen – Marburger equation used to describe them are analyzed. The equations of the temperature dependence of the transformation degree, similar to the Kolmogorov – Avrami and Austin – Rickett equations, are derived. The equations contain the minimum set of the parameters that can be found from published data. An iterative algorithm for determining parameters of the equations is developed, providing the minimum standard deviation of the constructed dependence from the initial experimental data. The dependence of the accuracy of approximation on the temperature of the onset of transformation is presented. The complex character of the martensitic transformation development for some steels is revealed. The advantage of using equations of the Austin – Rickett type when constructing models from a limited amount of experimental data is shown. The results obtained make it possible to extend the approaches used in modeling diffusion processes of austenite decomposition to description of the processes of formation and decomposition of martensite in alloyed steels.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.