Щукин В.Г. Попов В.Н.
Моделирование нестационарных процессов затвердевания модифицированного металла при индукционном нагреве
Reporter: Щукин В.Г.
Проведено численное моделирование теплофизических процессов при модифицировании тугоплавкими наноразмерными частицами поверхностного слоя подложки из двухкомпонентного металла (Fe-C) при нагреве перемещающимся индуктором в нестационарной трехмерной постановке. Разогрев и плавление металла происходит при воздействии индукционного высокочастотного электромагнитного поля (1200 кГц) на его поверхность через прямоугольную область. Распределение электромагнитной энергии на поверхности подложки равномерно, а внутри ее описывается эмпирическими формулами. Предполагается, что при плавлении металла наноразмерные частицы равномерно распределяются в расплаве. Граница области плавления определяется в приближении Стефана, а границы области затвердевания находятся согласно теории Колмогорова о кристаллизации металлов. Рост твердой фазы происходит на поверхности наночастиц при переохлаждении расплава. Модель неравновесной кристаллизации основного компонента сплава включает учет зависимости температуры ликвидуса от концентрации растворенного углерода в расплаве вплоть до точки эвтектики согласно правилу неравновесного рычага. В процессе моделирования определены близкие к квазистационарным распределения температурного поля, размеры зон плавления и кристаллизации, кинетика роста твёрдой фазы и изменение концентрации легирующего компонента в затвердевающем металле, согласованные с величиной переохлаждения расплава в двухфазной зоне. Рассмотрено влияние начальной температуры материала подложки на форму зон расплава и кристаллизации. Показано, что повышение начальной температуры подложки, приводящее к уменьшению температурных градиентов в зоне обработки и, как следствие, к замедлению процесса кристаллизации, может служить одним из способов регулирования структуры поверхностного слоя.
To reports list