Моделирование кристаллизации железоуглеродистых расплавов с легирующими добавками Al, V, Ti с учетом химических реакций

Затвердевание является одним из основных звеньев процесса получения и обработки металлов. Структуру и свойства отливки и слитка, предназначенного для дальнейшей обработки, определяет главным образом процесс затвердевания. Устранение или хотя бы уменьшение химической неоднородности и внутренних пороков в литом состоянии позволяет расширить область применения отливок и уменьшить количество брака, значительно улучшить механические свойства получаемых изделий. Нужно отметить, что процессы затвердевания металлов и сплавов и, в частности, первичная кристаллизация изучены в настоящее время еще недостаточно. Это объясняется в первую очередь сложностью самих процессов зарождения и роста первичных кристаллитов и большим многообразием переменных факторов, проявляющихся при кристаллизации технических сплавов. Вопрос о неоднородности и внутренних пороках литых металлов и сплавов продолжает быть в центре внимания ученых и практиков. В основе процессов производства стали и ее последующей обработки лежат многочисленные и разнообразные превращения. К числу таких превращений, оказывающих сильное влияние на качество и эксплуатационные свойства готовой стали, относятся реакции образования и растворения неметаллических включений как в расплавленном, так и в твердом металле. Эффективность той или иной технологической операции сталеплавильного производства в конечном итоге зависит от полноты протекания соответствующих химических реакций. От того, насколько далеко заходят эти реакции, зависят конечные концентрации углерода и легирующих элементов в стали, а также концентрации вредных примесей. Разработаны физическая модель охлаждения и кристаллизации для моделирования затвердевания многокомпонентных расплавов железа с учетом химического реакций между компонентами и программное обеспечение. Модель основана на теории квазиравновесной двухфазной зоны. Полностью выполняется закон сохранения масс. В модели используется параметр, учитывающий коэффициент диффузии углерода в твердой фазе, расстояние между дендритными осями второго порядка и время локального затвердевания. Проведено моделирование химических взаимодействий при кристаллизации в системе Fe-C-N-Al-V-Ti и показано, что учет химических реакций и диффузии компонентов в твердой фазе оказывает значительное влияние.