Детальная информация

Данная работа посвящена исследованию процессов зарождения и роста дисперсной фазы карбонитридов ниобия в сталях, а также прогнозированию размерных параметров включений в зависимости от термических режимов с помощью методов компьютерного моделирования. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Анализ литературных данных по механизмам дисперсионного упрочнения сталей и влиянию параметров карбонитридной фазы на структуру металла. 2) Разработка и программная реализация кинетической математической модели, описывающей процессы гетерогенного зарождения и диффузионного роста частиц в условиях непрерывного охлаждения. 3) Расчет метрических параметров выделений в жидкой (НН3Б) и твердой (10ХН5МФБА) фазах при варьировании скорости охлаждения. 4) Решение обратной кинетической задачи для определения фактического темпа остывания заготовки на воздухе на основе экспериментальных данных. 5) Расчет и анализ распределения образовавшихся включений по размерам. В результате проведенных исследований был успешно создан вычислительный алгоритм, адекватно описывающий кинетику выделения карбонитридов ниобия в стали. Установлено, что агрегатное состояние стали критически влияет на дисперсность. Для обеих сред подтверждено монотонное измельчение фазы при увеличении скорости охлаждения. Путем решения обратной задачи доказано, что для формирования карбонитридов с целевым максимальным размером 12 нм к моменту достижения 900 °C фактическая усредненная скорость охлаждения заготовки должна составлять 2,6 К/с. Детальный анализ полученной при данном режиме структуры выявил ее ярко выраженную асимметрию: свыше 74 % частиц приходится на ультрадисперсную фракцию (менее 2,1 нм). Установлено, что эти выделения образуются на поздних стадиях охлаждения при максимальном пересыщении и не успевают укрупниться из-за замедления диффузионных процессов.

This study investigates the nucleation and growth of the dispersed phase of niobium carbonitrides in steels, as well as predicting the dimensional parameters of inclusions depending on thermal conditions using computer modeling methods. The objectives of the study were: 1) Analysis of literature data on the mechanisms of dispersion strengthening of steels and the influence of carbonitride phase parameters on the metal structure. 2) Development and software implementation of a kinetic mathematical model describing the processes of heterogeneous nucleation and diffusion growth of particles under continuous cooling conditions. 3) Calculation of the metric parameters of precipitates in the liquid (NN3B) and solid (10HN5MFBA) phases with varying cooling rates. 4) Solution of the inverse kinetic problem to determine the actual rate of workpiece cooling in air based on experimental data. 5) Calculation and analysis of the size distribution of formed inclusions. The conducted research resulted in the successful development of a computational algorithm that adequately describes the kinetics of niobium carbonitride precipitation in steel. It was established that the aggregation state of the steel critically influences dispersion. For both media, a monotonic phase refinement with increasing cooling rate was confirmed. By solving the inverse problem, it was demonstrated that to form carbonitrides with a target maximum size of 12 nm by the time 900°C is reached, the actual average cooling rate of the workpiece must be 2.6 K/s. A detailed analysis of the structure obtained under this regime revealed a pronounced asymmetry: over 74% of the particles are in the ultrafine fraction (less than 2.1 nm). It was established that these precipitates form in the late stages of cooling at maximum supersaturation and do not have time to coarsen due to the slowing of diffusion processes.