МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЛИКВАЦИИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ РАСПЛАВА ЖЕЛЕЗА С ФОСФОРОМ

Александр Дмитриевич Дрозин, Елена Юрьевна Куркина

Аннотация


Целью данной работы явилось детальное изучение процесса ликвации фосфора при затвердевании стали. Создана математическая модель, рассматривающая сферическую ячейку расплава с ядром твердой фазы в центре. Приняли, что тепловые процессы в системе протекают в соответствии с законом теплопроводности, а массоперенос фосфора в жидкой и твердой фазах подчиняется закону диффузии. Кроме того, приняли, что на границе раздела этих фаз поддерживается локальное равновесие, и параметры этого равновесия могут быть определены из равновесной диаграммы состояния. Внешняя граница расплава охлаждается по произвольному режиму. На основе полученных уравнений была создана компьютерная программа, позволяющая определять содержание фосфора в любой точке расплава в любой момент времени. Расчеты показали, что выравнивание температуры в системе происходит практически мгновенно, а концентрация фосфора в жидкой фазе быстро выравнивается. Однако концентрация фосфора в твердой фазе выравнивается гораздо медленнее из-за малого коэффициента диффузии фосфора в твердой фазе. Основными факторами, определяющими сегрегацию фосфора, являются начальная концентрация и режим охлаждения расплава. Полученные результаты помогут подбирать режим охлаждения расплава для получения металла с заданными свойствами.

Ключевые слова


математическая модель; металловедение; диаграмма состояния; ликвация; локальное равновесие

Полный текст:

PDF

Литература


Kushner V.S., Vereshchaka A.S., Skhirtlazdze A.G., Negrov D.A., Burgonova O.Yu. Materialovedenie [Materials technology]. Omsk, OGTU, 2008. 232 p.

Roshchin V.E., Roshchin A.V. Elektrometallurgiya i metallurgiya stali [Electrometallurgy and metallurgy of steel]. Chelyabinsk, SUSU, 2013. 571 p.

Zhukova S.Yu. [Distribution of chemical elements in dendrites and inter-dendritic areas of cast metal]. Metallurg [Metallurgist], 2009, no. 1, pp. 46–49. (in Russ.)

Rabinovich S.V., Chermenskij V.I., Ogorodnikova O.M., Harchuk M.D. [Mathematical modeling of nickel dendritic liquation in casting invar and superinvar alloys]. Litejnoe proizvodstvo [Foundry], 2002, no. 6, pp. 9–12. (in Russ.)

Martyushev N.V. [Effect of crystallization conditions on the structure and properties of leadcontaining bronzes]. Metallurgiya mashinostroeniya [Metallurgy of mechanical engineering], 2010, no. 4, pp. 32–36. (in Russ.)

Kondratyuk S.E., Stoyanova E.N., Plyahtur A.A., Parhomchuk Zg.V. [Structure and segregation of steel P6M5L depending on the crystallization conditions]. Metallurgiya mashinostroeniya [Metallurgy of mechanical engineering], 2014, no. 1, pp. 23–25. (in Russ.)

Koltygin A.V., Belov V.D., Bazhenov V.E. [Peculiarities of crystallization of magnesium alloy ML10 on the segregation of zirconium during the melting process]. Metally [Metals], 2013, no. 1, pp. 78–83. (in Russ.)

Avdonin N.A. Matematicheskoe opisanie processov kristallizacii [Mathematical description of crystallization processes]. Riga, Zinatne, 1980. 180 p.

Ljubov B.Ja. Teoriya kristallizatsii v bol’shikh ob”yemakh [Theory of crystallization in large volumes]. Moscow, Nauka, 1975. 256 p.

Skripov V.P., KoverdaV.P. Spontannaya kristallizatsiya pereokhlazhdennykh zhidkostey [Spontaneous crystallization of supercooled liquids]. Moscow, Nauka, 1984. 232 p.

Galenko P.K., Jou D. Rapid solidification as non-ergodic phenomenon. Physics Reports, 2019, 818, pp. 1–70.

Alexandrov D.V., Ivanov A.O. Dynamic stability analysis of the solidification of binary melts in the presence of a mushy region: changeover of instability. J. Crystal Growth, 2000, 210, pp. 797–810.

Drozin A.D. Rost mikrochastic produktov himicheskih reakcij v zhidkom rastvore: monografija [The growth of the microparticle products of chemical reactions in a liquid solution: a monograph]. Cheljabinsk, SUSU, 2007. 56 p.

Budak B.M., Gol'dman N.L., Uspenskij A.V. [Difference scheme with front rectification for solving multifront problems of the Stefan type]. Reports of the USSR Academy of Sciences, 1966, vol. 167, no. 4, pp. 735–738. (in Russ.)

Samarskij A.A. Teorija raznostnyh shem [Theory of difference schemes]. Moscow, Nauka, 1977. 656 p.

Lyakishev N.P. Diagrammy sostoyaniya dvojnyh metallicheskih sistem [Phase diagrams of double metal systems]. Moscow, Mashinostroenie, 1996. 996 p.

Zaharov A.M. Diagrammy sostojanija dvojnyh i trojnyh sistem [State diagrams of double and triple systems]. Moscow, Metallurgija, 1990. 250 p.

Grigor'eva I.S., Mejlihova E.Z. Fizicheskie velichiny. Spravochnik [Physical magnitudes. Guide]. Moscow, Jenergoatomizdat, 1991. 1250 p.

Rabinovich V.A., Havin Z.Ja. Kratkij himicheskij spravochnik [Brief chemical reference]. Leningrad, Himija, 1978. 392 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met200201

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share