limЛитье и металлургияLitiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY)1683-60652414-0406BNTU10.21122/1683-6065-2019-3-74-84lim-2954Research ArticleЛитейное производствоFoundryМатематическое моделирование процесса укрупнения аустенитного зерна при высокотемпературном нагреве легированных конструкционных сталейMatematical modeling of the process of enlarging the austenitic grain during high-temperature heating of alloy structural steelКукарекоВ. А.KukarekoV. A.v_kukareko@mail.ruГацуроВ. М.GatsuroB. M.ГригорчикА. Н.GrigorchikA. N.ЧичинА. Н.ChichinA. N.Объединенный институт машиностроения НАН БеларусиБеларусьJoint Institute of Mechanical Engineering of NAS of BelarusBelarusМинский тракторный заводБеларусьMinsk Tractor WorksBelarus201916102019037484Copyright © Кукареко В.А., Гацуро В.М., Григорчик А.Н., Чичин А.Н., 20192019Кукареко В.А., Гацуро В.М., Григорчик А.Н., Чичин А.Н.Kukareko V.A., Gatsuro B.M., Grigorchik A.N., Chichin A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://lim.bntu.by/jour/article/view/2954

Исследовано влияние скорости нагрева типичных цементуемых сталей 15ХГН2ТА и 25ХГТ на рост аустенитного зерна при длительных изотермических выдержках в процессе высокотемпературной химико-термической обработки. Показано, что изменение скорости нагрева цементуемых сталей в температурном интервале a®g-превращения при химико-термической обработке оказывает существенное влияние на процесс роста аустенитного зерна в них.

Получены уравнения регрессии, описывающие зависимость среднего размера аустенитного зерна от скорости нагрева, температуры предварительного отжига и температуры цементации, позволяющие осуществлять выбор режимов цементации различных сталей. Разработана феноменологическая модель, описывающая механизм формирования и роста аустенитных зерен в сталях при нагреве с различными скоростями. Сделано заключение, что медленный нагрев сталей в интервале фазового a®g-превращения способствует формированию комплекса мелких аустенитных зерен, разделенных высокоугловыми границами с адсорбированными на них примесными атомами, что обеспечивает повышенную устойчивость зеренной структуры к коалесценции и снижает скорость миграции границ при длительной высокотемпературной аустенизации.

The influence of the heating rate of a typical case hardening steel 15KHGN2TA and 25KHGT on the growth of austenitic grain during long-term isothermal exposures at the high-temperature chemical-heat treatment was studied. It is shown that the change in the rate of heating case hardening steels in the temperature interval a®g transformations during chemical-thermal treatment has a significant impact on the process of growth of austenitic grains in them.

Regression equations describing the dependence of the average size of austenitic grain on the heating rate, pre-annealing temperature and cementation temperature are obtained, which allow selecting the cementation modes of various steels. A phenomenological model describing the mechanism of formation and growth of austenitic grains in steels under heating at different speeds is developed.

It is concluded that the slow heating of steels in the interval of phase a®g transformation contributes to the formation of a complex of small austenite grains separated by high angle boundaries with adsorbed on them by impurity atoms, which ensures higher resistance grain structure to coalescence and reduce the rate of migration of the boundaries during prolonged hightemperature austenization.

высокотемпературная цементациястали 15ХГН2ТА и 25ХГТразмер аустенитного зернаскорость нагреваhigh temperature carburizingsteels 15KHGN2TA and 25KHGTthe austenitic grain sizeheating rateReferencesЛахтин Ю. М. Химико-термическая обработка металлов: учеб. пособие/ Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.: ил.Lahtin Ju. M., Arzamasov B. N. Himiko-termicheskaja obrabotka metallov [Chemical-thermal treatment of metals]. Moscow, Metallurgija Publ., 1985, 256 p.Ляхович Л. С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справ. М.: Металлургия, 1981. 424с.Ljahovich L. S., Borisenok G. V., Vasil’ev L. A., Voroshnin L. G. Himiko-termicheskaja obrabotka metallov i splavov [Chemical-thermal treatment of metals and alloys]. Moscow, Metallurgija Publ., 1981, 424 p.Зинченко В. М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 303 с.Zinchenko V. M. Inzhenerija poverhnosti zubchatyh koles metodami himiko-termicheskoj obrabotki [Gear surface engineering using chemical heat treatment methods]. Moscow, Izdatel’stvo MGTU im. N. Je. Baumana Publ., 2001, 303 p.Валько А. Л. Влияние высокотемпературной цементации на величину зерна конструкционных сталей / А. Л. Валько, С. П. Руденко, А. Н. Чичин // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси. 2014. Вып. 3. С. 343–346.Val’ko A. L., Rudenko S. P., Chichin A. N. Vlijanie vysokotemperaturnoj cementacii na velichinu zerna konstrukcionnyh stalej [The effect of high-temperature cementation on the grain size of structural steels]. Aktual’nye voprosy mashinovedenija  Actual issues of engineering, 2014, Vyp. 3, pp. 343–346.Кукареко В. А. Закономерности роста аустенитного зерна в стали 18ХНВА // Металловедение и термическая обработка. 1981. № 9. С. 15–17;Kukareko V. A. Zakonomernosti rosta austenitnogo zerna v stali 18HNVA [Patterns of growth of austenitic grain in steel 18HNVA]. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka  Metal Science and Heat Treatment, 1981, no. 9, pp. 15–17.Кукареко В. А. Влияние режима нагрева конструкционных сталей при высокотемпературной цементации на величину аустенитного зерна / В. А. Кукареко, А. Л. Валько, А. Н. Чичин // Актуальные вопросы машиноведения: cб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси. 2017. Вып. 6. С. 372–375.Kukareko V. A. Val’ko A. L., Chichin A. N. Vlijanie rezhima nagreva konstrukcionnyh stalej pri vysokotemperaturnoj cementacii na velichinu austenitnogo zerna [The infl of the heating mode of structural steels during high-temperature cementation on the value of austenitic grain]. Aktual’nye voprosy mashinovedenija  Actual issues of engineering, 2017, Vyp. 6, pp. 372–375.Кукареко В. А. Влияние скорости нагрева цементируемых конструкционных сталей на рост аустенитного зерна при высокотемпературной выдержке / В. А. Кукареко, А. Л. Валько, А. Н. Чичин // Весці НАН Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2018. T. 63, № 4. C. 399–406.Kukareko V. A. Val’ko A. L., Chichin A. N. Vlijanie skorosti nagreva cementiruemyh konstrukcionnyh stalej na rost austenitnogo zerna pri vysokotemperaturnoj vyderzhke [The influence of the heating rate of cemented structural steels on the growth of austenitic grain at high temperature exposure]. Vescі Nacyjanal’naj akadjemіі navuk Belarusі. Seryja fіzіka-tjehnіchnyh navuk  Proceedings of the National academy of sciences of Belarus, Physical-Technical series, 2018, Vol. 63, no. 4, pp. 399–406.Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. 184 с.Spiridonov A. A. Planirovanie jeksperimenta pri issledovanii tehnologicheskih processov [Planning an experiment in the study of technological processes]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1981, 184 p.Li J. C. M. Possibility of Subgrain Rotation during Recrystallization // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33. N 10. P. 2958–2965.Li J. C. M. Possibility of Subgrain Rotation during Recrystallization. J. Appl. Phys, 1962, vol. 33, nо. 10, pр. 2958–2965.Гуляев А. П. Металловедение: Учеб. для вузов. М.: Металлургия, 1986. 647 с.Guljaev A. P. Metallovedenie [Metallurgy]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986, 647 p.Горелик С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. 568 с.Gorelik S. S. Rekristallizacija metallov i splavov [Recrystallization of metals and alloys]. Moscow, Metallurgija Publ., 1978, 568 p.Грабский М. В. Структура границ зерен в металлах / Пер. с польского. М.: Металлургия, 1972. 160 с.Grabskij M. V. Struktura granic zeren v metallah [The structure of grain boundaries in metals]. Moscow, Metallurgija Publ., 1972, 160 p.Hu H. in book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ. New York, 1963. P. 311.Hu H. In book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ., New York, 1963, 311 p.Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. 480 с.Novikov I. I. Teorija termicheskoj obrabotki metallov [Theory of heat treatment of metals]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986, 480 p.Бернштейн М. Л., Займовский В. А., Капуткина Л. М. Термомеханическая обработка стали. М.: Металлургия. 1983, 480 с.Bernshtejn M. L., Zajmovskij V. A., Kaputkina L. M. Termomehanicheskaja obrabotka stali [Thermomechanical processing of steel]. Moscow, Metallurgija Publ., 1983, 480 p.Lucke K. Stuwe H. P. in book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ. New York, 1963. P. 311.Lucke K. Stuwe H. P. In book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ., New York, 1963, 311 p.Физическое материаловедение / Под ред. Р. У. Кана, П. Хаазена. 3-е изд. В 3-х т. Т. 1. Атомное строение металлов и сплавов: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1986. 640 с.Kan R. U., Haazen P. Fizicheskoe materialovedenie [Physical Materials Science]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986, 640 p.Li J. C. M. High‐Angle Tilt Boundary – A Dislocation Core Model // J. Appl. Phys. 1961. Vol. 32. N 3. P. 525–534.Li J. C. M. High‐Angle Tilt Boundary – A Dislocation Core Model. J. Appl. Phys. 1961, Vyp. 32, no. 3, pp. 525–534.Глейтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен. М.: Мир, 1975, 375 с.Glejter G., Chalmers B. Bol’sheuglovye granicy zeren [Big angle grain boundaries]. Moscow, Mir Publ., 1975, 375 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.