Modeling of crystallization of iron-carbon melts with alloying additives of Al, V, Ti taking into account chemical reactions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Solidification is one of the main links in the process of obtaining and processing metals. The structure and properties of the casting and ingot intended for further processing are determined mainly by the solidification process. Elimination or at least reduction of chemical heterogeneity and internal defects in the cast state allows to expand the scope of application of castings and reduce the number of defects, significantly improvethe mechanical properties of the products obtained. It should be noted that the processes of metal and alloy solidification and, in particular, primary crystallization have not been sufficiently studied at present. This is explained primarily by the complexity of the processes of nucleation and growth of primary crystallites and the large variety of variable factors that appear during the crystallization of technical alloys. The issue of heterogeneity and internal defects of cast metals and alloys continues to be the focus of attention of scientists and practitioners. The processes of steel production and subsequent processing are based on numerous and varied transformations. Among such transformations, which have a strong influence on the quality and operational properties of the finished steel, are reactions of formation and dissolution of non-metallic inclusions both in molten and solid metal. The efficiency of a particular technological operation of steelmaking ultimately depends on the completeness of the corresponding chemical reactions. The final concentrations of carbon and alloying elements in steel, as well as the concentrations of harmful impurities, depend on how far these reactions go. A physical model of cooling and crystallization for simulating solidification of multicomponent iron melts taking into account chemical reactions between the components and software have been developed. The model is based on the theory of a quasi-equilibrium two-phase zone. The law of conservation of mass is fully satisfied. The model uses a parameter that takes into account the diffusion coefficient of carbon in the solid phase, the distance between the second-order dendritic axes and the local solidification time. The chemical interactions during crystallization in the Fe-C-N-Al-V-Ti system have been simulated and it has been shown that taking into account chemical reactions and diffusion of components in the solid phase has a significant effect.

About the authors

V. A. Krashaninin

Vatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: krash_55@mail.com
Ekaterinburg, Russia

References

  1. Gulyaev B.B. Litejnye processy. M.: Mashgiz, 1960. (In Russian)
  2. Balandin G.F. Osnovy teorii formirovaniya otlivki. CH. 2. Formirovanie makroskopicheskogo stroeniya otlivki. M.: Mashinostroenie, 1979. (In Russian)
  3. Golikov I.N. Dendritnaya likvaciya v stali. M.: Metallurgizdat, 1958. (In Russian)
  4. Samarin A.M. Fiziko-himicheskie osnovy raskisleniya stali. M.: Izd.AN SSSR. 1956. (In Russian)
  5. Borisov V.T. Teoriya dvuhfaznoj zony metallicheskogo slitka. M.: Metallurgiya. 1987. (In Russian)
  6. Pikunov M.V., Pileckaya E.G. Kolichestvennoe opisanie neravnovesnoj kristallizacii dvojnyh splavov s uchetom nachal’nogo pereohlazhdeniya // Izv. Vuzov. Cv. metallurgiya. 2004. № 2. P. 45–51. (In Russian)
  7. Romanov A.A., Vatolin N.A, Kac S.S. Dinamika rosta nemetallicheskih faz v kristallizuyushchemsya rasplave // Metally. 1989. № 4. P. 69–73. (In Russian)
  8. Romanov A.A., Krashaninin V.A., Vatolin N.A. Zatverdevanie rasplavov zheleza i obrazovanie dendritnoj struktury. Trudy X Ross. konf. «Stroenie i svojstva metallicheskih i shlakovyh rasplavov». 4. Izd-vo YUUrGU. 2001. P. 94–97. (In Russian)
  9. G.K. Sigworth, J.F. Elliot. The termodinamics of liquid dilute iron alloys // Metal Sci. 1974.8. № 9. P. 298–310.
  10. Golikov I.N., Maslenkov S.B. Dendritnaya likvaciya v stal’nyh splavah. M.: Metallurgiya. 1977. (In Russian)
  11. Flemings M. Processy zatverdevaniya. M.: Mir. 1977. (In Russian)
  12. Romanov A.A., Krashaninin V.A., Vatolin N.A., Aleksandrova S.S. Vliyanie diffuzii na teplofizicheskie processy kristallizacii splavov. I. Komp’yuternoe modelirovanie termicheskogo i differencial’notermicheskogo analizov // Rasplavy. 2004. № 1. P. 3–13. (In Russian)
  13. Romanov A.A., Krashaninin V.A., Vatolin N.A., Aleksandrova S.S. Vliyanie diffuzii na teplofizicheskie processy kristallizacii splavov.II. Primenenie metoda teplovogo potoka k analizu eksperimental’nyh krivyh ohlazhdeniya splavov // Rasplavy. 2004. № 1.P. 14–20. (In Russian)
  14. Ciyne T.W., Kurz W. Solute Redistribution During Solidification with Rapid Solid State Duffusion. Metallurg. Trans. 1981.21A. № 6. P. 965–971.
  15. Chelmers B. Teoriya zatverdevaniya. M.: Metallurgiya, 1968. (In Russian)
  16. Buzek Z. Zakladni termodynamicke udaje o metalurgickych reakcich a o interakcich prvko v soustavach vyznamnych pro hutnickou teorii a praxi. Hutnickeactuality. 1979. 20. № 1–2.P. 1–111.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».