Моделирование кинетики роста зерна в сложнолегированном аустените

А.А. Васильев ORCID logo , С.Ф. Соколов, Д.Ф. Соколов, Н.Г. Колбасников показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 03 сентября 2019; Исправлена: 22 сентября 2019; Принята: 23 сентября 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.А. Васильев, С.Ф. Соколов, Д.Ф. Соколов, Н.Г. Колбасников. Моделирование кинетики роста зерна в сложнолегированном аустените. Письма о материалах. 2019. Т.9. №4. С.419-423
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-419-423

Аннотация

A quantitative model is presented to describe the kinetics of grain growth in complexly alloyed austenite. The average relative error in calculating grain size is about 11% that is comparable to the measurement error.Представлена количественная модель для описания кинетики роста зерна в сложнолегированном аустените. В модели полагается, что энергия активации процесса пропорциональна энергии активации объемной самодиффузии, рассчитываемой в зависимости от химического состава твердого раствора с использованием ранее полученной формулы. Эмпирические параметры модели определены на основе имеющихся в литературе экспериментальных данных по кинетике изотермического роста зерна в сталях с химическим составом, изменяющимся в широких пределах: С (0.05÷0.32), Mn (0.30÷1.88), Si (0.01÷0.29), Ni (0.0÷4.0), Cr (0.0÷2.0), Mo (0.0÷0.5), Nb (0.00÷0.05). Модель позволяет получить хорошее согласие с экспериментом для рассмотренных сталей, в которых минимальное (~ 79.7 кДж/моль) и максимальное (~ 243.7 кДж/моль) значения энергии активации роста зерна отличаются в 3 раза. Среднее значение абсолютной величины относительной погрешности расчета размера зерна составляет около 11%, что сопоставимо с погрешностью его измерений. Учет влияния химического состава на энергию активации роста зерна, реализованный в разработанной модели, позволяет получить согласие с экспериментом без учета твердорастворного торможения движения границ ("solute drag" - эффекта), требующего введения большого числа дополнительных эмпирических параметров (по два экспоненциальных параметра на каждый легирующий элемент). Этот результат заслуживает дальнейшего рассмотрения с физической точки зрения и проверки как для простых углеродистых сталей, так и сталей с различными содержаниями Mn, Mo и Nb, которые, согласно литературным данным, оказывают наиболее сильный "solute drag" - эффект.

Ссылки (25)

1. C. M. Sellars, J. A. Whiteman. Metal Sci. 13 (3-4), 187 (1979). Crossref
2. P. A. Manohar, D. P. Dunne, T. Chandra, C. R. Killmore. ISIJ Int. 36 (2), 194 (1996). Crossref
3. S. Uhm, J. Moon, C. Lee, J. Yoon, B. Lee. ISIJ Int. 44 (7), 1230 (2004). Crossref
4. M. Shome, O. Gupta, O. Mohanty. Scr. Mater. 50 (7), 1007 (2004). Crossref
5. S.-J. Lee, Y.-K. Lee. Mater. Des. 29 (9), 1840 (2008). Crossref
6. Y. Xu, D. Tang, Y. Song, X. Pan. Mater. Des. 36, 275 (2012). Crossref
7. G.-W. Yang, X.-J. Sun, Q.-L. Yong, Z.-D. Li, X.-X. Li. J. Iron Steel Res. Int. 21 (8), 757 (2014). Crossref
8. I. Andersen, Ø. Grong. Acta Metall. Mater. 43 (7), 2673 (1995). Crossref
9. M. Militzer, T. R. Meadowcroft, Е. B. Hawbolt, А. Giumelli. Metall. Mater. Trans. A. 27 (11), 3399 (1996). Crossref
10. J. Moon, J. Lee, C. Lee. Mater. Sci. Eng. A. 459 (1-2), 40 (2007). Crossref
11. S. Sarkar, A. Moreau, М. Militzer, W. J. Poole. Metall. Mater. Trans. A. 39 (4), 897 (2008). Crossref
12. M. Maalekian, R. Radis, M. Militzer, A. Moreau, W. J. Poole. Acta Materialia. 60 (3), 1015 (2012). Crossref
13. Н. Pous-Romero, I. Lonardelli, D. Cogswell, H. K. D. H. Bhadeshia. Mater. Sci. Eng. A. 567, 72 (2013). Crossref
14. D. Dong, F. Chen, Z. Cui. J. Mater. Eng. Perform. 25 (1), 152 (2016). Crossref
15. B. Jiang, M. Wu, H. Sun, Z. Wang, Z. Zhao, Y. Z. Liu. Met. Mater. Int. 24 (1), 15 (2018). Crossref
16. Z.-y. Liu, Y.-p. Bao, M. Wang, X. Li, F.-z. Zeng. Int. J. Miner. Metall. Mater. 26 (3), 282 (2019). Crossref
17. A. Graux, S. Cazottes, D. De Castro, D. San Martin, C. Capdevila, J. M. Cabrera et al. Materialia. 5, 100233 (2019). Crossref
18. F. J. Humphreys, M. Hatherly. Recrystallization and related annealing phenomena, 2nd ed. Oxford, United Kingdom, Pergamon Press Ltd (2004) 658 p. Crossref
19. Ø. Grong. Metallurgical modeling of welding (Materials modelling series), 2nd ed. The Institute of Materials (1997) 605p.
20. J. E. Burke, D. Turnbull. Prog. Metal Phys. 3, 220 (1952). Crossref
21. J. W. Cahn. Acta Metall. 10 (9), 768 (1962). Crossref
22. E. Hersent, K. Marthinsen, E. Nes. Metall. Mater. Trans. A. 44 (7), 3364 (2013). Crossref
23. E. Hersent, K. Marthinsen, E. Nes. Model. Numer. Sim. Mater. Sci. 4, 8 (2014). Crossref
24. A. A. Vasil’ev, S. F. Sokolov, N. G. Kolbasnikov, D. F. Sokolov. Phys. Solid State. 53 (11), 2194 (2011). Crossref
25. А. К. Giumelli, M. Militzer, Е. B. Hawbolt. ISIJ Int. 39 (3), 271 (1999). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский научный фонд - Проект №19-19-00281