Расчет изменения удельных объёмов сплавов системы Fe-C в зависимости от содержания углерода и температуры

Abstract

В настоящей работе представлена новая методика расчета температурных зависимостей удельных объёмов сплавов равновесной системы Fe-C, основанная на известных расчетных и эмпирических зависимостях для расчета изменения удельных объёмов фаз от температуры и содержания углерода. В нашей стране большинство подобного рода расчетов основывалось на зависимостях, полученных С.Ф. Юрьевым. Данные зависимости получены для значений температуры ниже 1200 °С. При использовании этих формул при температурах выше 1200 °С удельный объём аустенита превышает удельный объём феррита. Вместе с тем известно, что аустенит имеет наименьший удельный объём среди всех фаз системы Fe-C (по некоторым данным объём d-фазы больше объёма g-фазы на 2,5-3,0 %). В связи с этим возникает необходимость в использовании других зависимостей, которые бы не противоречили физике процессов полиморфных и фазовых превращений в системе Fe-C. В данной работе получены общие зависимости для расчета удельных объемов сплавов отдельно для трёх интервалов концентраций углерода, в которых изменение долей фаз от температуры рассчитываются по равновесной диаграмме Fe-C с использованием правила рычага. В качестве примера представлены результаты расчетного определения удельных объемов сплавов с содержанием углерода 0,05, 0,13 и 0,33 % в интервале температур 20-1600 °С. Выполнено сравнение представленных результатов с полученными с помощью пакета расчета фазовых диаграмм JMatPro®, на основе которого установлена адекватность предложенной расчетной методики. Разработанная методика может быть использована для расчетного определения не только удельных объемов сплавов, а также их плотности и коэффициента линейного расширения в зависимости от температуры и концентрации углерода. Полученные формулы для расчета удельных объемов позволяют корректно моделировать процессы затвердевания, охлаждения и усадки заготовок при непрерывной разливке углеродистых марок стали с учетом эффектов фазовых превращений, а также использовать полученные результаты при настройке оборудования МНЛЗ.