A mathematical model of segregation during cooling of the melt of iron with phosphorus

Бесплатный доступ

The purpose of this work is to study in detail the process of phosphorus segregation during steel solidification. A mathematical model considering a spherical melt cell with the nucleus of a solid phase in the center has been created. It has assumed that the thermal processes in this system are in accordance with the law of thermal conductivity and the mass transfer of phosphorus in the liquid and solid phases obeys the law of diffusion. In addition, it has assumed that a local equilibrium is maintained at the interface between these phases and the parameters of this equilibrium can be determined from the equilibrium phase diagram Fe-P. It has been assumed that the outer boundary of the system is cooled according to a mode that is set arbitrarily. Based on the obtained equations, a computer program has been created, that allows obtaining the temperature and the phosphorus content at any point at any time. The calculations have shown that the temperature alignment in of the system is almost instantaneous, and the concentration of phosphorus in the liquid phase has aligned quickly. However, the phosphorus concentration in the solid phase aligns much slower due to the small phosphorus diffusion coefficient in the solid phase. The principal factors determining the segregation of phosphorus are the initial concentration and the melt cooling mode. The results will help to calculate the cooling mode of the melt to produce a metal with the desired properties.

Еще

Mathematical model, physical metallurgy, phase diagram, segregation, local equilibrium

Короткий адрес: https://sciup.org/147233949

IDR: 147233949   |   DOI: 10.14529/met200201

Список литературы A mathematical model of segregation during cooling of the melt of iron with phosphorus

  • Материаловедение / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртлаздзе и др.; под ред. B.С. Кушнера. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - 232 с.
  • Рощин, В.Е. Электрометаллургия и металлургия стали / В.Е. Рощин, A.B. Рощин. -4-е изд., перераб. и доп. - Челябинск: ЮУрГУ, 2013. - 571 с.
  • Жукова, С.Ю. Распределение химических элементов в дендритах и междендритных участках литого металла / С.Ю. Жукова //Meталлуог. - 2009. - № 1. - С. 46-49.
  • Математическое моделирование дендритной ликвации никеля в литейных инварных и суперинварных сплавах / С.В. Рабинович, В.И. Черменский, О.М. Огородникова, М.Д. Харчук // Литейное производство. - 2002. - № 6. - С. 9-12.
  • Мартюшев, Н.В. Влияние условий кристаллизации на структуру и свойства бронз, содержащих свинец/Н.В. Мартюшев //Металлургия машиностроения. - 2010. - № 4. - С. 32-36.
  • Структура и ликвация стали Р6М5Л в зависимости от условий кристаллизации / С.Е. Кондратюк, Е.Н. Стоянова, А.А. Пляхтур, Ж.В. Пархомчук // Металлургия машиностроения. - 2014. -№ 1. - С. 23-25.
  • Колтыгин, А.В., Влияние особенностей кристаллизации магниевого сплава мл10 на ликвацию циркония в процессе плавки / А.В. Колтыгин, В.Д. Белов, В.Е. Баженов //Металлы. - 2013. -№ 1. - С. 78-83.
  • Авдонин, Н.А. Математическое описание процессов кристаллизации / Н.А. Авдонин. -Рига: Зинатне, 1980. - 180 с.
  • Любов, Б.Я. Теория кристаллизации в больших объемах /Б.Я. Любов. - М.: Наука, 1975.
  • Скрипов, В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей /В.П. Скрипов, В.П. Коверда. - М.: Наука, 1984. - 232 с.
  • Galenko, P.K. Rapid solidification as non-ergodic phenomenon / P.K. Galenko, D. Jou // Physics Reports. - 2019. - Vol. 818. - P. 1-70.
  • Alexandrov, D.V. Dynamic stability analysis of the solidification of binary melts in the presence of a mushy region: changeover of instability / D.V. Alexandrov, A.O. Ivanov// Journal of Crystal Growth. - 2000. - Vol. 210, no. 4. - P. 797-810.
  • Дрозин, А.Д. Рост микрочастиц продуктов химических реакций в жидком растворе: моногр. /А.Д. Дрозин // Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - 56 с.
  • Будак, Б.М. Разностная схема с выпрямлением фронтов для решения многофронтовых задач типа Стефана / Б.М. Будак, Н.Л. Гольдман, А.Б. Успенский // Докл. АН СССР. -1966. -Т. 167, № 4. - С. 735-738.
  • Самарский, А.А. Теория разностных схем /А.А. Самарский. - М. : Наука, 1977. - 656 с.
  • Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ. / под. ред. Н.П. Лякишева. -М. : Машиностроение, 1996. - Т. 1. - 992 с.
  • Захаров, А.М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем / А.М. Захаров. - М. : Металлургия, 1990. - 250 с.
  • Физические величины: справ. / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М: Энерго-атомиздат, 1991. - 1250 с.
  • Рабинович, В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. - Л: Химия, 1978. - 392 с.
Еще
Статья научная