Розроблення методики моделювання фазово-структурних перетворень у легованих Fe-C сплавах
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
НМетАУ, Дніпро
Abstract
UKR: Побудова діаграм ТТТ чи ССТ є важливим та завжди актуальним завданням для матеріалознавців, оскільки вони надають повну інформацію, необхідну для призначення раціональних режимів термічної обробки сталей. Однак, велика кількість сплавів в поєднанні з високою чутливістю розміру зерен до зміни хімічного складу вказує на те, що неможливо створити достатню кількість діаграм для спільного застосування. Одним із сучасних матеріалознавчих завдань була розробка універсальних моделей, які дозволяють розрахунковим методом отримати ТТТ та ССТ діаграми найбільш наближені до експериментальних даних. Мета досліджень – розробка методики моделювання фазово-структурних перетворень у легованих Fe-C сплавах для прикладного матеріалознавства. Для побудови ССТ діаграм дані про фактичний хімічний склад та вплив базових хімічних елементів на утворення структури було визначено через відомі ТТТ діаграми. В рамках даних досліджень було проведено аналіз літературних даних та проведено математичне моделювання за допомогою програмних забезпечень: QForm, JmatPro, MathLAB, Call Phad. Прикладом одночасного використання розрахунку та експериментальних методів можуть служити діаграми ССТ. За основу яких береться відома ТТТ діаграма та фактичний хімічний склад та шляхом моделювання перетворення аустеніту в центрі заготовок різного перерізу, охолодження яких відбувається в однорідному охолоджуючому середовищі будується структурні діаграми. В даній роботі розроблено методику, яка базується на застосуванні стандартних пакетних термодинамічних моделей в поєднанні з кінетичною моделлю, що дозволяє оперативно враховувати найменші коливання хімічного складу в межах однієї марки сталі (від плавки до плавки) або зміни умов охолодження (від вироба до вироба). Побудовано та проаналізовано ССТ діаграми для сталей 30ХГС з діапазонами хімічного складу 0,28...0,29% С, 1,00...1,49% Si, 0,92...1,10% Mn, 0,91...1,10% Cr, 0,12...0,13% Ni; сталі 45ХГС 0,43% С, 1,38% Si, 0,95% Mn, 1,06% Cr, 0,10% Мо; сталі 50ХГСМ 0,50% С, 1,48% Si, 1,05% Mn, 1,20% Cr; сталі 60ХГСМ 0,58% С, 0,89% Si, 0,81% Mn, 1,27% Cr, 0,06% Ni. Дана методика може бути застосована для коригування режимів термічної обробки або хімічного складу Fe-C сплавів поточного виробництва; а також для прогнозування структурного складу дослідних сплавів при розробці нових матеріалів.
ENG: Construction of TTT or ССТ diagrams is an important and always relevant task for materials scientists, as they provide complete information necessary for the appointment of rational modes of heat treatment of steels. However, the large number of alloys combined with the high sensitivity of grain size to changes in chemical composition indicates that it is impossible to create a sufficient number of diagrams for joint use. One of the modern materials science tasks was the development of universal models that allow the calculation method to obtain TTT and ССТ diagrams closest to experimental data. The purpose of research is to develop a method for modeling phas e-structural transformations in doped Fe-C alloys for applied materials science. To construct ССТ charts, data on the actual chemical composition and the effect of basic chemical elements on the formation of the structure were determined through known TTT charts. As part of the research data, the analysis of literature data and mathematical modeling were performed using software: QForm, JmatPro, MathLAB, Call Phad. An example of the simultaneous use of calculation and experimental methods are ССТ charts. Based on the known TTT diagram and the actual chemical composition and by modeling the transformation of austenite in the center of the workpieces of different cross sections, cooling which takes place in a homogeneous cooling medium, structural diagrams are built. This paper develops a method based on the use of standard batch thermodynamic models in combination with a kinetic model that allows you to quickly take into account the smallest fluctuations in chemical composition within one steel grade (from mel ting to melting) or changes in cooling conditions (from product to product). The ССТ diagrams for 30HGS steels with chemical composition ranges 0.28... 0.29% C, 1.00... 1.49% Si, 0.92... 1.10% Mn, 0.91... 1.10% were constructed and analyzed. Cr, 0.12... 0.13% Ni; steel 45HGS 0.43% C, 1.38% Si, 0.95% Mn, 1.06% Cr, 0.10% Mo; steel 50HGSM 0.50% C, 1.48% Si, 1.05% Mn, 1.20% Cr; steel 60HGSM 0.58% C, 0.89% Si, 0.81% Mn, 1.27% Cr, 0.06% Ni. This technique can be used to adjust the modes of heat treatment or chemical composition of Fe-C alloys of current production; as well as to predict the structural composition of experimental alloys in the development of new materials.
ENG: Construction of TTT or ССТ diagrams is an important and always relevant task for materials scientists, as they provide complete information necessary for the appointment of rational modes of heat treatment of steels. However, the large number of alloys combined with the high sensitivity of grain size to changes in chemical composition indicates that it is impossible to create a sufficient number of diagrams for joint use. One of the modern materials science tasks was the development of universal models that allow the calculation method to obtain TTT and ССТ diagrams closest to experimental data. The purpose of research is to develop a method for modeling phas e-structural transformations in doped Fe-C alloys for applied materials science. To construct ССТ charts, data on the actual chemical composition and the effect of basic chemical elements on the formation of the structure were determined through known TTT charts. As part of the research data, the analysis of literature data and mathematical modeling were performed using software: QForm, JmatPro, MathLAB, Call Phad. An example of the simultaneous use of calculation and experimental methods are ССТ charts. Based on the known TTT diagram and the actual chemical composition and by modeling the transformation of austenite in the center of the workpieces of different cross sections, cooling which takes place in a homogeneous cooling medium, structural diagrams are built. This paper develops a method based on the use of standard batch thermodynamic models in combination with a kinetic model that allows you to quickly take into account the smallest fluctuations in chemical composition within one steel grade (from mel ting to melting) or changes in cooling conditions (from product to product). The ССТ diagrams for 30HGS steels with chemical composition ranges 0.28... 0.29% C, 1.00... 1.49% Si, 0.92... 1.10% Mn, 0.91... 1.10% were constructed and analyzed. Cr, 0.12... 0.13% Ni; steel 45HGS 0.43% C, 1.38% Si, 0.95% Mn, 1.06% Cr, 0.10% Mo; steel 50HGSM 0.50% C, 1.48% Si, 1.05% Mn, 1.20% Cr; steel 60HGSM 0.58% C, 0.89% Si, 0.81% Mn, 1.27% Cr, 0.06% Ni. This technique can be used to adjust the modes of heat treatment or chemical composition of Fe-C alloys of current production; as well as to predict the structural composition of experimental alloys in the development of new materials.
Description
Р. Подольський: ORCID 0000-0002-0288-0641; Г. Кононенко: ORCID 0000-0001-7446-4105
Keywords
ССТ, ТТТ, діаграми, моделювання, хімічний склад, структурна діаграма, методика, diagrams, modeling, chemical composition, structural diagram, methodology, КМТОМ
Citation
Подольський Р. В., Сафронова О. А., Меркулов О. Є., Клемешов Є. С., Кононенко Г. А., Бабаченко О. І. Розроблення методики моделювання фазово-структурних перетворень у легованих Fe-C сплавах. Теорія і практика металургії. 2021. No. 5(130). С. 62–69.