Modelling of Distribution of Ultradisperse Particles of Titanium, Tungsten and Zirconium Carbide During Centrifugal Casting

Abstract

Traditionally, an increase in the mechanical properties of used steels and alloys in ferrous metallurgy is achieved by introducing a significant amount of alloying elements into the metal or alloy. Analysis of the cost market for alloying elements has shown that prices for ferroalloys are increasing every year. An alternative to using expensive alloying elements can be heterophase dispersed-reinforced steels with an unexpressed layer interface. The principal method of creating bulk-gradient metallic materials is dispersion hardening. And one of the effective methods of dispersed hardening is the introduction of particles during centrifugal casting. Although this technology is already known, it has not been studied much, both theoretically and experimentally. This work, which was carried out for grant AP23485709, funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan, is devoted to constructing a computer model of the crystallization process of 12X18H10T steel during centrifugal casting with the introduction of reinforcing particles of titanium, tungsten, and zirconium carbides into it and studying the dynamics of the distribution of dispersed particles under the influence of a gravitational field after the solidification process metal. In the course of this work, a computer model of the distribution of dispersed particles over the cross-section of cylindrical castings obtained by centrifugal casting was developed in order to obtain heterophase steels with a gradient of properties. This model makes it possible to predict the distribution of up to 40 billion particles simultaneously at each moment of casting on a horizontal casting machine. The results of the work indicate that the proposed technology of centrifugal casting with the introduction of dispersed particles during casting makes it possible to obtain research and experimental samples of heterophase steels with a gradient of properties.

Традиционно повышение механических свойств используемых в черной металлургии сталей и сплавов достигается за счет введения в металл или сплав значительного количества легирующих элементов. Анализ рынка стоимости легирующих элементов показал, что цены на ферросплавы растут с каждым годом. Альтернативой использованию дорогостоящих легирующих элементов могут быть гетерофазные дисперсно-упрочненные стали с невыраженной границей раздела слоев. Основным методом создания металлических материалов с градиентом объема является дисперсионное упрочнение. И одним из эффективных методов дисперсионного отверждения является введение частиц при центробежном литье. Хотя эта технология уже известна, она мало изучена как теоретически, так и экспериментально. Данная работа, выполненная на грант AP23485709, финансируемый Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, посвящена построению компьютерной модели процесса кристаллизации стали 12Х18Н10Т при центробежном литье с введением упрочняющих частиц титана, вольфрама и циркония превращение карбидов в него и изучение динамики распределения дисперсных частиц под воздействием гравитационного поля после завершения процесса затвердевания металла. В ходе данной работы была разработана компьютерная модель распределения дисперсных частиц по поперечному сечению цилиндрических отливок, полученных методом центробежного литья, с целью получения гетерофазных сталей с градиентом свойств. Эта модель позволяет прогнозировать распределение до 40 миллиардов частиц одновременно в каждый момент разливки на горизонтальной литейной машине. Результаты работы свидетельствуют о том, что предлагаемая технология центробежного литья с введением дисперсных частиц в процессе литья позволяет получать исследовательские и экспериментальные образцы гетерофазных сталей с градиентом свойств.