Введение к работе
Актуальность работы. Свойства сталей и сплавов различного назначения во многом определяются количеством,формой, размером и равномерностью распределения в металлической матрице неметаллических включений (НВ), образующихся на всех'этапах'формирования слитка (отливки). Все перечисленные характеристики, называемые морфологией НВ, определяются составом и термовре-' менной природой' НВ и зависят при прочих равных условиях " от количества реагентов, остающихся' в стали после'ее раскисления и модифицирования. До ' последнего времени единственными методами исследования процессов образования НВ были экспериментальные приемы, а также расчеты равновесных изотерм образования одиночных химических соединений в стальном расплаве. Большая трудоемкость экспериментальных' методов и ограниченность вышеназванных расчетных методик на позволяли в полной мере исследовать эти процессы. С появлением персональных ЭВМ, накппл'жичм и обобщением саз термодинамических дашшх, созда-' raf.'M и развитом основ теории процессов образования НВ в жидкой и затвердевающей стали возникла необходимость в разработке автоматизированных программных комплексов на базе ПЭВМ, Позволяющих накапливать бази данных, производить расчеты рав-' новесных многокомпонентных многофазных диаграмм состояния и на этой основе осуществлять моделирование процесса в целом.
В этой связи тема диссертационной работы, посвященной созданию таких комплексов и исследованию процессов образования' НВ в жидкой и затвердевающей сталі методами компьютерного' моделирования на ЭВМ, представляется актуальной.
Целью работы является разработка путей и средств управления морфологией НВ в сталях и никелевых сплавах на основе исследования 'процессов их образования в жидком и затвердевающем ' металле методами компьютерного моделирования.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
развитие теории процессов образования НВ в жидкой и затвердевающей стали; ,
-
разработка автоматизированных программных ..комплексов на б.'і::о ПЭВМ 1EM-FC-AT; ' ' ".
-
создание взаимносогласованных термодинамических и физических паз данных и оценка их адекватности;
4) разработка методов управления морфологией НВ в сталях и жаропрочных никелевых сплавах.
Научная новизна. На основе положений локально-равновесной термодинамики сформулирована идеология детерминированного моделирования процессов образования НВ в жидкой и затвердевающей стали. Формализованы процессы образования НВ в жидкой и затвердеващей стали с участием фаз переменного и постоянного составов, в также газовых НВ. Разработаны и реализованы алгоритмы сквозного моделирования процессов образования в стали первичных, вторичных и третичных НВ. Для обобщения результатов моделирования разработана методика построения диаграмм эволюции НВ( полных, обзорных, специальных, технологических), представляющих собой совокупность областей концентраций реагентов, в которых реализуются различные варианты образования НВ как по составу, так и по термовременной природе. Разработана методика прогнозирования распределения реагентов по сечению НВ. Вскрыты физико-химические причины воздействия церия и других реагентов (О, N, С, А1, ТІ) на процесс образования первичных, вторичных и третичных Т1С N 0z в стали типа Х18Н10Т. Разработана методика расчета процессов карбонитридооСразования в жидких и затвердевающих жаропрочных никелевых сплавах и обоснована возможность управления термовременной природой и морфологией TIC N при микролегировании сплава азотом.
Практическая ценность работы. Обоснована технология эндогенного ' модифицирования -жаропрочного никелевого сплава азотом, позволяющая трансформировать вытянутые вдоль первичных зерен карбиды титана в равноосные мелкодисперсные карбо-нитриды титана, равномерно размещенные в объеме отливки, что благоприятно отразилось на свойствах готового металла. Разработана технология модифицирования сплава ВИЛ-14 экзогенными карбонитридами титана, что позволило повысить предел прочности при 20 и 700С на 20Ж выше соответствующих требований к металлу, полученному по серийной технологии.
Разработанные в настоящей работе пакеты программ используются в учебном процессе специальности металлургия черных металлов СПбТГУ, а также вошли в состав комплексов САПР технологии литья, создаваемых На ПО "Красмашзавод", и предназначены для поиска причин брака по эндогенным НВ, а также разработки технологии модифицирования литейных сталей и никеле-4
шх сплавов. - '
Публикации и апробация работы. Основные результаты, полу-юнные в диссертации, опубликованы в 3-х тезисах докладов и эдной статье. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Десятой Всесоюзной конференции по физико-химическим основам даталлургических процессов, Москва 1991 г.; Второй конференции' но высакоазотистым сталям, Киев 1992 г.; Пятой конференции по проблемам кристаллизации стали и компьютерного моделирования, Ижевск 1992г.; Восьмой научной конференции "Современные'' проблемы электрометаллургии сталиі, Челябинск 1992 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, перечня принятых обозначений и списка литературы из 176 наименований. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит: 76 рисунков; 16 таблиц, 3 приложения.Полный объем диссертации составляет 174 страницы.