Математическое моделирование процесса укрупнения аустенитного зерна при высокотемпературном нагреве легированных конструкционных сталей

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.

1. Лахтин Ю. М. Химико-термическая обработка металлов: учеб. пособие/ Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.: ил.

2. Ляхович Л. С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справ. М.: Металлургия, 1981. 424с.

3. Зинченко В. М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 303 с.

4. 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.

5. Кукареко В. А. Закономерности роста аустенитного зерна в стали 18ХНВА // Металловедение и термическая обработка. 1981. № 9. С. 15–17;

6. 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.

7. 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.

8. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. 184 с.

9. Li J. C. M. Possibility of Subgrain Rotation during Recrystallization // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33. N 10. P. 2958–2965.

10. Гуляев А. П. Металловедение: Учеб. для вузов. М.: Металлургия, 1986. 647 с.

11. Горелик С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. 568 с.

12. Грабский М. В. Структура границ зерен в металлах / Пер. с польского. М.: Металлургия, 1972. 160 с.

13. Hu H. in book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ. New York, 1963. P. 311.

14. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. 480 с.

15. Бернштейн М. Л., Займовский В. А., Капуткина Л. М. Термомеханическая обработка стали. М.: Металлургия. 1983, 480 с.

16. Lucke K. Stuwe H. P. in book Recovery and Recrystallization of Metals, Himmel L., ed. Intersci. Publ. New York, 1963. P. 311.

17. 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.

18. Li J. C. M. High‐Angle Tilt Boundary – A Dislocation Core Model // J. Appl. Phys. 1961. Vol. 32. N 3. P. 525–534.

19. Глейтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен. М.: Мир, 1975, 375 с.