Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Проблемы моделирования массопереноса углерода из насыщающей атмосферы низкого давления в сталь

М. Ю. Семенов, А. Е. Смирнов, М. Ю. Рыжова

Аннотация


Проанализированы граничные условия для описания массопереноса углерода из бескислородных атмосфер низкого давления в сталь при вакуумной цементации. На основе экспериментальных исследований и термодинамических расчетов обосновано численное значение активности углерода в среде ацетилена низкого давления. Рассчитанное значение углеродного потенциала использовано в граничном условии III рода в виде выражения Ленгмюра, примененном в математической модели вакуумной цементации, основанной на численном решении уравнения диффузии. Показана адекватность расчетных концентрационных профилей экспериментальным результатам. Показано сходство различных неравновесных процессов цементации стали.

Ключевые слова


mathematical simulation; numerical methods; diffusion equations; boundary conditions; carbon mass transfer; nonequilibrium processes; carburizing; low-pressure environments; steels

Полный текст:

PDF

Литература


Grafen W., Edenhofer B. Acetylene low-pressure carburizing a novel and superior carburizing technology // Heat Treatment of Metals. 1999. V. 26, No. 4. P. 79 - 85.

Otto F. J., Herring D. H. Vacuum carburizing of aerospace and automotive materials // Heat Treating Progress. 2005. V. 5, No. 1. P. 33 - 37.

Kula P., Olejnik J., Kowalewski J. New vacuum carburizing technology // Heat Treating Progress. 2001. V. 1, No. 1. P. 57 - 65.

Atena H., Schrank F. Niederdruck-Aufkohlung mit Hochdruck-Gasabschreckung: Grundlagen, Einsatzmцglichkeiten und Anlagentechnik // Hдrterei-technische Mitteilungen. 2002. V. 4, No. 57. P. 247 - 256.

Семенов М. Ю., Смирнов А. Е., Рыжова М. Ю. Расчет концентрационных кривых углерода при вакуумной цементации сталей // МиТОМ. 2013. № 1(691). С. 38 - 42 (Semenov M. Yu., Smirnov A. E., Ryzhova M. Yu. Computation of carbon concentration curves in vacuum carburizing of steels // Metal Science and Heat Treatment. 2013. V. 55, No. 1 - 2. P. 38 - 42).

Wołowiec-Korecka E. Methods of data mining for modelling of low-pressure heat treatment / Journal of Achievements in Materials and Manufacturing // Engineering. 2017. V. 85(1). P. 31 - 40.

Рыжов Н. М., Смирнов А. Е., Фахуртдинов Р. С. и др. Особенности вакуумной цементации теплостойкой стали в ацетилене // МиТОМ. 2004. № 6. С. 10 - 15 (Ryzhov N. M., Smirnov A. E., Fakhurtdinov R. S. et al. Special features of vacuum carburizing of heat-resistant steel in acetylene // Metal science and heat treatment. 2004. V. 46, No. 5 - 6. P. 230 - 235).

Kula P., Pietrasik R., Dybowski K. Vacuum carburizing-process optimization // Journal of Materials Processing Technology. 2005. V. 164 - 165. P. 876 - 881.

Рыжов Н. М., Семенов М. Ю. Износостойкость цементованного слоя легированной стали с избыточной карбидной фазой // Трение и износ. 1998. Т. 19. № 2. С. 235 - 240 (Ryzhov N. M., Semenov M. Yu. Wear resistance of the carburized layer on alloyed steel with excess carbide phase // Journal of Friction and Wear. 1998. V. 19, No. 2. P. 76 - 80).

Wołowiec E., Kula P., Kołodziejczyk Ł. et al. Mathematical modelling of the vacuum carburizing process // Thermal Processing for Gear Solutions. 2014. No. 3 - 4. P. 34 - 40.

Zajusz M., Tkacz-Śmiech K., Danielewski M. Modeling of vacuum pulse carburizing of steel // Surface and Coatings Technology. 2014. V. 258. P. 646 - 651.

Sommeria J. Entropy production in turbulent mixing // Non-Equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. P. 79 - 91.

Елисеев Ю. С., Крымов В. В., Нежурин И. П. и др. Производство зубчатых колес газотурбинных двигателей. М.: Высшая школа, 2001. 493 с.

Рыжов Н. М., Смирнов А. Е., Фахуртдинов Р. С. Управление насыщенностью углеродом диффузионного слоя при вакуумной цементации теплостойких сталей // МиТОМ. 2004. № 8. С. 22 - 27 (Ryzhov N. M., Smirnov A. E., Fakhurtdinov R. S. Control of carbon saturation of the diffusion layer in vacuum carburizing of heat-resistant steels // Metal science and heat treatment. 2004. V. 46, No. 7 - 8. P. 340 - 344.).

Рыжов Н. М., Смирнов А. Е., Фахуртдинов Р. С., Мордовин А. И. Вакуумная цементация хромоникелевых сталей // МиТОМ. 2008. № 2. С. 25 - 29 (Ryzhov N. M., Smirnov A. E., Fakhurtdinov R. S., Mordovin A. I. Vacuum carburizing of chromium-nickel steel // Metal Science and Heat Treatment. 2008. V. 50, No. 1 - 2. Р. 63 - 67.).

Смирнов А. Е., Рыжова М. Ю., Семенов М. Ю. Выбор граничного условия для решения диффузионной задачи при моделировании процесса вакуумной цементации // МиТОМ. 2017. № 4(742). С. 42 - 48 (Smirnov A. E., Ryzhova M. Yu., Semenov M. Yu. Choice of boundary condition for solving the diffusion problem in simulation of the process of vacuum carburizing // Metal Science and Heat Treatment. 2017. V. 59, No. 3 - 4. P. 237 - 242).

Структурная химия углерода и углей / Под ред. В. И. Касаточкина. М.: Наука, 1969. 67 с.

Andersson J. O., Helander T., Hцglund L. et al. Thermo-Calc & DICTRA, computational tools for materials science // Calphad. 2002. V. 26, No. 2. P. 273 - 312.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2021.2.39-43


© Издательский дом «Фолиум», 1993–2021