Компьютерное моделирование фазовых превращений в комплексно легированной стали

Abstract

RU: Цель. Разработка и реализация компьютерной модели для анализа влияния химического состава стали на равновесные температуры начала и окончания   α превращения, положение линий сольвуса феррита и аустенита, а также температуру и концентрацию углерода соответствующие эвтектоиду (перлиту). Методика. Термодинамическоемоделирование, основанное на определении условий равенства химических потенциалов для α,  и  (цементит) фаз. Приопределении формы кривых или поверхностей потенциалов (геометрическое представление концентрационной зависимости энергии Гиббса) каждой из фаз использован подход подрешеточной модели Сундмана-Агрена с применением полиномов Редлиха-Кистера для вычисления избыточной энергии смешения. Для определения уравнений общих касательных к кривым потенциалов использовались методы численного дифференцирования в комбинации с методом наименьших квадратов для отыскания равных значений углового коэффициента и свободного члена (условия совпадения касательных). Для реализации вычислений применялся написанный на языке C++ модуль, являющийся частью программного проекта для моделирования фазовых превращений. Результаты. Разработана компьютерная модель, позволяющая определить температуры фазовых превращений в стали и равновесный состав фаз по углероду при заданной температуре. Приведены примеры расчёта влияния Mn, Si, Ni, Cr и Mo на вид участка политермического квазибинарного разреза диаграммы состояния Fe-C с легирующими элементами в области эвтектоидного (перлитного) превращения. Научная новизна. С применением физически обоснованного метода моделирования показана количественная связь между составом комплекснолегированной стали и положением её критических точек. Практическая значимость. Построенная компьютерная модель, с применением ранее разработанных программ, даёт возможность с высокой степенью достоверности рассчитать образованиекарбонитридных фаз в сталях, в частности условия протекания процесса выделения избыточных фаз, а также получить информацию для корректировки температур проведения эффективной термической и/или термомеханической обработки стали заданного состава.

UK: Мета. Розробка і реалізація комп'ютерної моделі для аналізу впливу хімічного складу сталі на рівноважні температури початку і закінчення   α перетворення, положення ліній сольвусу фериту і аустеніту, а також температуру і концентрацію вуглецю відповідні до евтектоіду (перліту). Методика. Термодинамічне моделювання, засноване на визначенні умов рівності хімічних потенціалів для α,  і  (цементит) фаз. При визначенні форми кривих для потенціалів кожної з фаз використаний підхід підграткової моделі Сундмана-Агрена із застосуванням поліномів Редліха-Кістера для обчислення надлишкової енергії змішування. Для визначення рівнянь спільних дотичних до кривих та поверхоньпотенціалів (геометричне представлення концентраційної залежності енергії Ґіббса) використовувалися методи чисельного диференціювання в комбінації з методом найменших квадратів для відшукання рівних значень кутового коефіцієнта і вільного члена (умови збігу дотичних). Для реалізації обчислень застосовувався написаний на мові C++ модуль, що є частиною програмного проекту для моделювання фазових перетворень. Результати. Розроблено комп'ютерну модель, що дозволяє визначити температури фазових перетворень в сталі і рівноважний склад фаз по вуглецю при заданій температурі. Наведені приклади розрахунку впливу Mn, Si, Ni, Cr і Mo на вигляд ділянки політермічних квазібінарних розрізів діаграми стану Fe-C з легуючими елементами в області евтектоідного (перлітного) перетворення. Наукова новизна. Із застосуванням фізично обґрунтованого методу моделювання показаний кількісний зв'язок між складом комплекснолегованої сталі і положенням її критичних точок. Практична значимість. Побудована комп'ютерна модель, яка із застосуванням раніше розроблених програм, дає можливість з високим ступенем достовірності розрахувати утворення карбонітридних фаз в сталях, зокрема умови протікання процесу виділення надлишкових фаз, а також отримати інформацію для коригування температур проведення ефективної термічної і/або термомеханічної обробки сталі заданого складу.

EN: Purpose. Development and implementation of a computer model to analyze the effects of steel chemical composition of at the equilibrium temperature of the beginning and end of the   α transformation, the position of the solvus lines of ferrite and austenite, as well as the temperature and carbon concentration corresponding to the eutectoid (pearlite). Methodology.Thermodynamic modelling based on conditions of the chemical potentials equality of α,  and  (cementite) phases determination. When determining the shape of the curves for the potential (geometric representation of Gibbs energy concentration dependence) ofeach phase used approach of Sundman-Ågren sublattice model with Redlich-Kister polynomial to calculate the excess energy of mixing. To determine the equations of common tangents to the curves of potentials used methods for numerical differentiation in combination with the method of least squares in order to find equal values of the slope and intercept. To implement calculations used written in C ++ module, which is a part of a software project for the simulation of phase transformations. Results. The computer model allows determining the phase transformation temperature of the steel and the equilibrium content of the carbon in phases at a predetermined temperature. Examples of the effect of Mn, Si, Ni, Cr and Mo on the shape of a quasi-binary polythermal section ofphase Fe-C with alloying elements diagrams near eutectoid (pearlite) transformation calculations are given. Originality. Using physically grounded modelling method a quantitative relationship between the composition of complex alloyed steel and the position of its critical points was shown. Practical value. Was build a computer model which using previously developed software, enables a high degree of reliability calculation of carbonitride phases formation in steels, in particular the conditions of excessive phase precipitation process, as well as gives information for adjusting the temperature of an effective thermal and/or thermo-mechanicalprocessing for specified composition steel.