СПбГПУ:

В. М. Голод, канд. техн.наук, профессор, cheshire@front.ru

К. И. Емельянов, аспирант

Представлена концепция двухэтапной эволюции равноосных дендритных кристаллитов в процессе неравновесной кристаллизации многокомпонентных сплавов на основе железа. Рассмотрены условия возникновения исходного ансамбля дендритных ветвей различной толщины с неравномерными междуосными промежутками. Показано, что последующая диффузионная коалесценция боковых ветвей приводит к укрупнению междуосных промежутков и формированию локальной структурной неоднородности в масштабе отдельного дендрита и его ближайших соседей. Анализируется сопряженное протекание процессов теплообмена, роста кристаллитов (в мезомасштабе) и диффузии (в микромасштабе) при перераспределении компонентов сплава между фазами и формировании дендритной структуры. Приведены расчетные соотношения, позволяющие оценить начальные междуосные промежутки между ветвями на этапе свободного роста дендритных осей и ветвей в переохлажденном расплаве. Представлена система уравнений и ход вычислительных процедур для расчета методом Монте-Карло конечных значений вторичных междуосных промежутков и их статистического распределения, получаемого в процессе эволюции дендритной структуры при коалесценции боковых ветвей. По результатам моделирования дана оценка вклада конкурентных механизмов коалесценции в формирование локальной структурной неоднородности стали в сопоставлении с экспериментальными данными. Разработанная методика системного численного анализа дендритной кристаллизации может быть использована для улучшения оценки параметров процесса затвердевания как предикторов структуры с целью повышения адекватности прогностических моделей.

1. Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали ; пер. с чешского А. А. Жукова. — М. : Машгиз, 1958. — 392 с.
2. Cicutti C., Boeri R. Development of an analytical model to predict the microsrtructure of continuously cast steel slab // Steel Res., 2000, Vol. 71, N 8. P. 288–294.
3. Volkova O., Heller H. P., Janke D. Microstructure and cleanliness of rapidly solidifi ed steels // ISIJ Int. 2003. Vol. 43. N 11. P. 1724– 1732.
4. Pierer R., Bernhard C. On the infl uence of carbon on secondary dendrite arm spacing in steel // J. Mater. Sci., 2008. Vol. 43. No. 21. P. 6938–6943.
5. Won Y. M., Thomas B. Simple model of microsegregation during solidifi cation of steels // Metall. Mater. Trans., 2001. Vol. 32A. N 7. P. 1755–1767.
6. Karlinski de Barcellos V. et al. Modelling of heat transfer, dendrite microstructure and grain size in continuous casting of steels // Steel Res. Int. 2010. Vol. 81, N 6. P. 461–471.
7. Голод В. M., Eмельянов K. И., Oрлова И. Г. Дендритная неоднородность литой стали: обзор проблем и их компьютерный анализ. Часть 1 // Черные металлы. 2013. № 8. С. 9–17.
8. Голод В. M., Савельев K. Д., Басин A. С. Моделирование и компьютерный анализ кристаллизации многокомпонентных сплавов на основе железа. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. — 372 с.
9. Голод В. M., Eмельянов K. И., Oрлова И. Г. Дендритная неоднородность литой стали: обзор проблем и их компьютерный анализ. Часть 2 // Черные металлы. 2013. № 9. С. 25–32.
10. Флемингс М. Процессы затвердевания. — М. : Мир, 1977. — 423 с.
11. Курц У., Фишер Д. Фундаментальные основы затвердевания. — М. : Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2013. — 300 с.
12. Nastac L., Stefanescu D. M. Macrotransport — solidifi cation kinetics modeling of equiaxed dendritic growth: Part. 1. Model development and discussion // Metall. Mater. Trans., 1996. Vol. 27A. N 12. Р. 4061–4074.
13. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. — М. : Машиностроение, 1966. — 562 с.
14. Han Q., Hu H., Zhong X. Models for the isothermal coarsening of secondary dendrite arms in multicomponent alloys // Metall. Mater. Trans. 1997. Vol. 28B, N 6. Р. 1185–1187.
15. A guide to the solidifi cation of steels. — Stockholm : Jernkontoret, 1977. — 162 p.
16. Голод В. M., Eмельянов K. И., Oрлова И. Г. Дендритная неоднородность литой стали: обзор проблем и их компьютерный анализ. Часть 3 // Черные металлы. 2013. № 11. С. 18–25.