Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование кинетики фазовых превращений легированной стали методами математического моделирования

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторе

А. С. Куркин
МГТУ имени Н. Э. Баумана
Россия

Алексей Сергеевич Куркин

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1



Список литературы

1. Колмогоров А. Н. К статистической теории кристаллизации металлов / Изв. АН СССР. Серия математическая. 1937. № 3. С. 355 – 359.

2. Austin J. B., Rickett R. L. Kinetics of the decomposition of austenite at constant temperature / Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers. 1939. Vol. 135. P. 396 – 443.

3. Куркин А. С., Бобринская В. Ю. Обработка диаграмм изотермического распада аустенита для построения полных С-образных кривых / Сварка и диагностика. 2019. № 2. С. 32 – 37.

4. Starink M. J. Kinetics of the decomposition of austenite at constant temperature / Journal of Material Science. 1997. Vol. 32. P. 397 – 415.

5. Mirzayev D. A., Okishev K. Yu., Schastlivtsev V. M., Mirzoyev A. A., Yakovleva I. L., Karzunov S. E. Kinetics of ferrite formation in Fe – 9% Cr alloys with various concentrations of interstitial impurities / The Physics of metals and metallurgy. 1998. Vol. 86. N 6. P. 590 – 600.

6. Мирзаев Д. А., Окишев К. Ю., Счастливцев В. М. и др. Кинетика образования бейнита и пакетного мартенсита / ФММ. 2000. Т. 90. Вып. 5. C. 55 – 65.

7. Попов А. А., Попова Л. Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. — М.: Металлургия, 1965. — 496 с.

8. Koistinen D. P., Marburger R. E. A general equation prescribing the extent of the autenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels / Acta Metallica. 1959. N 7. P. 59 – 60.

9. Bain E. C. Functions of the Alloying Elements in Steel. — Cleveland: American Society for Metals., 1939. — 312 p.

10. Hollomon J. H., Jaffe J. H. Time-temperatures relations in tempering steel / Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers. 1945. Vol. 162. P. 223 – 249.

11. Kurkin A. S., Makarov E. L., Kurkin A. B., Rubtsov D. E., Rubtsov M. E. Parameters of Models of Structural Transformations in Alloy Steel Under Welding Thermal Cycle / Metal Science and Heat Treatment. 2017. Vol. 59. Issue 1. P. 124 – 130.

12. Zhang Z., Delagnes D., Bernhart G. Microstructure evolution of hot-work tool steels during tempering and definition of a kinetic law based on hardness measurements / Materials Science and Engineering A. 2004. Vol. 380. P. 222 – 230.

13. Application of Analytical Methods for Predicting the Structures of Steel Phase Transformations in Welded Joints / Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics. 2015. Vol. 14. N 2. P. 61 – 72.

14. Юдин Ю. В., Майсурадзе М. В., Куклина А. А. Использование логистической функции для описания изотермического бейнитного превращения в конструкционных сталях / Сталь. 2017. № 3. С. 52 – 56.


Для цитирования:


Куркин А.С. Исследование кинетики фазовых превращений легированной стали методами математического моделирования. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019;85(12):25-32. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

For citation:


Kurkin A.S. Mathematical research of the phase transformation kinetics of alloyed steel. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2019;85(12):25-32. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

Просмотров: 119


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)