Випуски МФіНТ »  Том 48, випуск 3

Нерівноважний термодинамічний модель процесу перерозподілу леґувальних елементів і формування структури в низьковуглецевій криці під час уповільненого охолодження

С. В. Бобирь$^{1}$, Е. В. Парусов$^{1}$, І. М. Чуйко$^{1}$, Е. В. Олійник$^{1}$, В. В. Жуков$^{2}$

$^{1}$Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, пл. Академіка Стародубова, 1, 49107 Дніпро, Україна
$^{2}$Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна

Отримано: 24.06.2025; остаточний варіант - 15.10.2025. Завантажити: PDF

Виконано нерівноважну термодинамічну аналізу дифузії леґувальних елементів у процесі формування структури під час уповільненого безперервного охолодження леґованої низьковуглецевої криці CrMoV1Si зварювального призначення. Наведено приклади розрахунку рушійних сил, перехресних коефіцієнтів і потоків у Онсаґерових рівняннях для модельної термодинамічної системи. Виконана термодинамічна аналіза уможливила теоретично описати дифузійні потоки леґувальних елементів у низьковуглецевій криці CrMoV1Si, а також запропонувати механізм формування її структури у процесі уповільненого безперервного охолодження з урахуванням перерозподілу Карбону, Манґану та Силіцію між структурними складовими криці. Проведено розрахункову оцінку розмірів та об’ємної частки аустенітних і мартенситних ділянок, що формуються за уповільненого охолодження досліджуваної криці. Показано, що мартенситні ділянки, які утворюються внаслідок бездифузійного перетворення збагаченого Карбоном і Манґаном залишкового аустеніту, можуть сягати середнього діяметра до 6 мкм за швидкости охолодження у 0,05°С/с, що відповідає даним експерименту.

Ключові слова: нерівноважна термодинаміка, рівняння дифузії, низько-вуглецева криця, леґувальні елементи, залишковий аустеніт, структурні складові.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i03/0275.html

PACS: 05.70.Ln, 64.60.Ej, 66.30.Dn, 81.10.Jt, 81.30.Kf, 82.60.Hc, 82.60.Lf

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. E. V. Parusov, I. M. Chuiko, E. V. Oliinyk, and O. V. Parusov, Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, 38: 431 (2024).
  2. H. Zhao, S. Wang, J. Gao, J. Qi, R. Su, H. Zhang, H. Chen, Z. Tian, and L. Bai, Metall. Res. Technol., 119, Iss. 5: 510 (2022).
  3. B. Asati, N. Shajan, and K. S. Arora, Materials Today: Proc. (2023).
  4. M. Zuo, Q. Zuo, Z. Ma, F. Liu, X. Liu, and X. Fang, Eng. Res. Express., 5: 025062 (2023).
  5. V. V. Parusov, O. V. Parusov, I. N. Chuyko, and A.B. Sychkov, Metallurgical and Mining Industry, 2, No. 2: 137 (2010).
  6. S. Das, S. Talukdar, A. Kumar, and G. Mukhopadhyay, Eng. Failure Analysis, 118: 104884 (2020).
  7. H. K. D. H. Bhadeshia and R. W. K. Honeycombe, Steels, Microstructure and Properties (Amsterdam: Elsevier: 2006).
  8. H. K. D. H. Bhadeshia, L.-E. Svensson, and B. Gretoft, Proc. of the Third Int. Conf. on Welding and Performance of Pipelines (London, UK: 1986), p. 17-1−17-10.
  9. G. Thewlis, J. Mater. Sci. Technol., 20, No. 2: 143 (2004).
  10. D. Loder, S. K. Michelic, A. Mayerhofer, and C. Bernhard, Metall. Mater. Trans. B, 48: 1992 (2017).
  11. L. M. Lobanov, V. A. Kostin, O. V. Makhnenko, V. V. Zukov, and E. S. Kostenevich, Probl. Atom. Sci. Tech., 126, No. 2: 89 (2020).
  12. V. Kostin, O. Berdnikova, V. Zukov, and G. Grigorenko, Springer Proc. Phys., 240: 307 (2020).
  13. J. Speer, D. K. Matlock, B. C. De Cooman, and J. G. Schroth, Acta Mater., 51, Iss. 9: 2611 (2003).
  14. M. Sarikaya, G. Thomas, J. W. Steeds, S. J. Barnard, and G. D. W. Smith, Proc. of an Int. Conf. on Solid to Solid Phase Transformations (Warrendale, PA: TMS: 1982), p. 1421−1425.
  15. A. Hultgren, ASM Transactions, 39: 915 (1947).
  16. M. Hillert and J. Agren, Scr. Mater., 50, Iss. 5: 697 (2004).
  17. J. G. Speer, D. K. Matlock, B. C. De Cooman, and J. G. Schroth, Scr. Mater., 52: 83 (2005).
  18. J. A. Lobo and G. H. Geiger, Metall. Trans. A, 7: 1347 (1976).
  19. J. A. Lobo and G. H. Geiger, Metall. Trans. A, 7: 1359 (1976).
  20. M. Hillert, L. Hoglund, and J. Agren, Acta Metall. Mater., 41, Iss. 7: 1951 (1993).
  21. J. G. Speer, A. M. Streicher, D. K. Matlock, F. Rizzo, and G. Krauss, Austenite Formation and Decomposition (Eds. E. B. Damm and M. J. Merwin) (Warren-dale, PA: TMS/ISS: 2003), p. 505−522.
  22. J. G. Speer, F. Rizzo Assunção, D. K. Matlock, and D. V. Edmonds, Mater. Res., 8, Iss. 4: 417 (2005).
  23. S. V. Bobyr, Non-Equilibirum Particle Dynamics (Ed. A. S. Kim) ( London: IntechOpen: 2019).
  24. S. V. Bobyr, Proc. of the NASB. Physical-Technical Series, 66, No. 1: 28 (2021).
  25. X. Gu, G. M. Michal, F. Ernst, H. Kahn, and A.H. Heuer, Metall. Mater. Trans. A, 45: 3790 (2014).
  26. S.-J. Lee, D. K. Matlock, and C. J. Van Tyne, Scr. Mater., 64, Iss. 9: 805 (2011).
  27. C. Zhang, Z. Xiong, Z. Li, Y. Cao, D. Yang, and X. Cheng, Acta Mater., 271: 119902 (2024).
  28. Y. Toji, T. Yamashita, K. Nakajima, K. Okuda, H. Matsuda, K. Hasegawa, and K. Seto, ISIJ Int., 51, Iss. 5: 818 (2011).
  29. T. Minote, S. Torizuka, A. Ogawa, and M. Niikura, Tetsu-to-Hagané, 81: 918 (1995).
  30. T. Nakagaito, H. Matsuda, Y. Nagataki, and K. Seto, ISIJ Int., 57, Iss. 2: 380 (2017).
  31. B. S. Bokstein, M. I. Mendelev, and D. J. Srolovitz, Thermodynamics and Kinetics in Materials Science: a Short Course (Oxford University Press: 2005).
  32. D. Jou, J. Cases-Vezquez, and G. Lebon, Rep. Prog. Phys., 51: 1105 (1988).
  33. Z.-K. Liu and Y. Wang, Computational Thermodynamics of Material (Cambridge: Cambridge University Press: 2016).
  34. S. V. Bobyr and P. V. Krot, MSEIJ, 6, No. 1: 14 (2022).
  35. T. Barkar, L. Höglund, J. Odqvist, and J. Agren, Comput. Mater. Sci., 143: 446 (2018).
  36. D. Mukherjee, H. Larsson, and J. Odqvist, Comput. Mater. Sci., 184: 109914 (2020).
  37. A. Finel, Y. Le Bouar, B. Dabas, B. Appolaire, Y. Yamada, and T. Mohri, Phys. Rev. Let., 121: 025501 (2018).
  38. C.-Y. Chou, D. Karlsson, N. H. Pettersson, T. Helander, P. Harlin, M. Sahlberg, U. Jansson, J. Odqvist, and G. Lindwall, Metall. Mater. Trans. A, 53: 3073 (2022).
  39. R. L. Abdank-Kozubski, G. E. Murch, and I. V. Belova, Diffus. Found., 29: 95 (2021).
  40. A. N. Gorban, H. P. Sargsyan, and H. A. Wahab, Math. Model. Nat. Phenom., 6, Iss. 5: 184 (2011).
  41. H. K. D. H. Bhadeshia, Prog. Mater. Sci., 29, Iss. 4: 321 (1985).
  42. F. Matsuda, K. Ikeuchi, Y. Fukada, Y. Horii, H. Okada, T. Shiwaku, C. Shiga, and S. Suzuki, Trans. JWRI, 24, No. 1: 1 (1995).
  43. L. Lan, C. Qui, D. Zhao, X. Gao, and L. Du, Mater. Sci., 47: 4732 (2012).
  44. G. I. Silman, Mater. Sci. Prod., 3: 99 (2003).
  45. G. I. Silman, Met. Sci. Heat Treat., 44, No. 1: 28 (2002).
  46. L. N. Larikov and V. I. Isaichev, Structure and Properties of Metals and Alloys. Vol. 5: Diffusion in Metals and Alloys (Kiev: Naukova Dumka: 1987) (in Russian).
  47. S. Bobyr, MSEIJ, 8, Iss. 3: 102 (2024).
  48. S. V. Bobyr, Statistical and Non-Equilibrium Thermodynamic Models of Diffusion in Metals and Alloys. New Diffusion Solutions (Chisinau: Eliva Press: 2024).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»