Исследование изотермического распада аустенита методами математического моделирования

Возможности численного моделирования технологических процессов ограничены точностью и оперативностью определения свойств материалов, которые непрерывно меняются при многократном нагреве и охлаждении. Параметры структурных превращений — важнейшие факторы, влияющие на свойства легированных сталей. В данной работе представлена методика определения параметров формул, описывающих С-образные кривые экспериментальных диаграмм изотермического распада аустенита. Предложенный подход позволяет восстановить С-образную кривую по сравнительно небольшому ее участку вблизи «носа» (по трем точкам). Совместная обработка серии кривых дает возможность определить параметры кинетики ферритного, перлитного и бейнитного превращений. Однако необходимо учитывать особенности диффузионного распада аустенита. Например, феррит и перлит образуются в перекрывающихся температурных интервалах и имеют близкие механические свойства, но их объединение в единую ферритно-перлитную структуру затрудняет построение математической модели превращения. Бейнитное превращение носит переходный характер от диффузионного к бездиффузионному. В части температурного интервала превращения его предельная степень — функция температуры (как при мартенситном превращении). Установлено, что для ферритно-перлитного превращения лучшие результаты дает уравнение Колмогорова – Аврами, а для бейнитного — уравнение Остина – Рикетта с модификацией для учета неполного превращения.

1. Militzer M. Phase Field Modelling of Phase Transformations in Steels. — Sawston (UK): Woodhead Publishing, 2012. P. 405 – 432.

2. Kundu S., Dutta M., Ganguly S., Chandra S. Prediction of Phase Transformation and Microstructure in Steel Using Cellular Automaton Technique / Scripta Mater. 2004. Vol. 50. N 6. P. 891 – 895. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2003.12.007

3. Tahimi A., Barbe F., Taleb L., Quey R., Guillet A. Evaluation of Microstructure-Based Transformation Plasticity Models from Experiments on 100C6 Steel / Comput. Mater. Sci. 2012. Vol. 52. N 1. P. 55 – 60. DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.01.052

4. Maisuradze M. V., Yudin Y. V., Ryzhkov M. A. Numerical Simulation of Pearlitic Transformation in Steel 45KH5MF / Met. Sci. Heat Treat. 2015. Vol. 56. N 9 – 10. P. 512 – 516. DOI: 10.1007/s11041-015-9791-8

5. Колмогоров А. Н. К статистической теории кристаллизации металлов / Изв. АН СССР. Серия математическая. 1937. ¹ 3. С. 355 – 359.

6. Azghandi S., Ahmadabadi V., Raoofian I., Fazeli F., Zare M., Zabett A., Reihani H. Investigation on Decomposition Behavior of Austenite under Continuous Cooling in Vanadium Microalloyed Steel (30MSV6) / Mater. Des. 2015. Vol. 88. P. 751 – 758. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.09.046

7. Jia T., Militzer M., Liu Z. General Method of Phase Transformation Modeling in Advanced High Strength Steels / ISIJ Int. 2010. Vol. 50. N 4. P. 583 – 590. DOI: 10.2355/isijinternational.50.583

8. Юдин Ю. В., Майсурадзе М. В., Куклина А. А. Использование логистической функции для описания изотермического бейнитного превращения в конструкционных сталях / Сталь. 2017. ¹ 3. С. 52 – 56.

9. Yudin Y. V., Farber V. M. Characteristic Features of the Kinetics of Decomposition of Supercooled Austenite of Alloy Steels in the Pearlite Range / Met. Sci. Heat Treat. 2001. Vol. 43. N 1 – 2. P. 45 – 50. DOI: 10.1023/A:1010470206231

10. Boyadjiev I. I., Thomson P. F., Lam Y. C. Computation of the Diffusional Transformation of Continuously Cooled Austenite for Predicting the Coefficient of Thermal Expansion in the Numerical Analysis of Thermal Stress / ISIJ Int. 1996. Vol. 36. N 11. P. 1413 – 1419. DOI: 10.2355/isijinternational.36.1413

11. Sun N., Liu X., Lu K. An Explanation to the Anomalous Avrami Exponent / Scripta Mater. 1996. Vol. 34. N 8. P. 1201 – 1207. DOI: 10.1016/1359-6462(95)00657-5

12. Yudin Y. V., Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Lebedev P. D. Application of Computer Simulation to Study the Features of the Austenite Isothermal Transformation in Steels / XIX International sci.-tech. conf. «The Ural school-seminar of metal scientists-young researchers». — KnE Engineering, 2019. P. 1 – 10. DOI: 10.18502/keg.v1i1.4384

13. Austin J. B., Rickett R. L. Kinetics of the decomposition of austenite at constant temperature / Trans. Am. Inst. Mining Metallurg. Petrol. Eng. 1939. Vol. 135. P. 396 – 443.

14. Куркин А. С. Исследование кинетики фазовых превращений легированной стали методами математического моделирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. ¹ 12. С. 25 – 32. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

15. Starink M. J. Kinetics of the decomposition of austenite at constant temperature / J. Mater. Sci. 1997. Vol. 32. P. 397 – 415.

16. Куркин А. С. Численное моделирование кинетики бейнитного превращения легированных сталей / Сварка и диагностика. 2019. № 6. С. 20 – 25.

17. Счастливцев В. М., Мирзаев Д. А., Яковлева И. Л., Окишев К. Ю., Табатчикова Т. И., Хлебникова Ю. В. Перлит в углеродистых сталях. — Екатеринбург: УрО РАН, 2006. — 312 с.

18. Atlas of Time-Temperature Diagrams for Irons and Steels / Edited by G. F. Vander Voort. — ASM International, 1991. — 766 p.

19. Куркин А. С., Бобринская В. Ю. Обработка диаграмм изотермического распада аустенита для построения полных С-образных кривых / Сварка и диагностика. 2019. ¹ 2. С. 32 – 37.

20. 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.