Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2377
0
+1
Уральский федеральный университет
Уральский федеральный университет.
Источник изображения: rusnanonet.ru

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) разработали универсальное математическое уравнение для сплавов, находящихся на стадии затвердевания. Уравнение позволяет определить, как микроструктура любых кристаллических веществ, в том числе металлов, зависит от течения жидкого расплава. В металлургии понимание такого процесса позволит управлять физическими свойствами конечных деталей, которые отливаются из расплавленных металлов.

"Задавать форму и свойства металлических деталей мы можем только в самом начале - на этапе отлива из жидкого сплава. Когда сплав заливают в форму, он контактирует со средой, имеющей температуру существенно ниже температуры плавления вещества, при сварке расплавленный участок остужается окружающим воздухом. В таком случае начинается кристаллизация переохлажденной жидкости, - объясняет старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ Екатерина Титова. - Наш метод граничного интеграла позволяет определить форму и размер маленьких кристалликов в микроструктуре сплава, которые определяют механическую прочность материала, его тепло- и электропроводность, коррозионную стойкость. С помощью уравнения мы можем рассчитать необходимое течение сплава по форме для получения той формы роста кристаллов, которая обеспечит необходимые свойства металлической детали".

Граничное интегральное уравнение разработано для чистых и двухкомпонентных (бинарных) сплавов. В таких сплавах примесное вещество в малом количестве растворено в большом объеме другого металла. Например, сплавы алюминия зачастую дополняют медью, магнием, марганцем, кремнием и цинком. Ученые также отмечают, что сплав может состоять и из большего количества веществ, если считать все растворенные вещества за некоторую усредненную примесь. Так, сталь изготавливают на основе смеси железа и углерода, добавляя различные вещества: хром - для устойчивости стали к коррозии, марганец - для повышения прокаливаемости материала и другие металлы.

"Перераспределение легирующих элементов при затвердевании способствует появлению локальных скоплений сульфидов, нитридов, оксидов и карбидов, что приводит к неоднородности свойств готового металлического изделия, - отмечает Екатерина Титова. - Наши расчеты применимы для любых двухкомпонентных или усредненных сплавов, где нужно избежать потери физических свойств металла. Но модель неприменима в случаях, когда важно узнать распределение всех примесей по отдельности".

С помощью расчетов можно будет придать конечному материалу необходимые физические свойства. Результаты исследования опубликованы в Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. Разработку поддержал Российский научный фонд (проект № 21-71-00044, "Динамика подвижной границы фронта кристаллизации в конвективном потоке расплава").

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Страны
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 09.11 18:31
  • 2
«Будем защищаться»: западным военным на Украине разрешат стрелять по ВС России
  • 09.11 16:22
  • 1
После окончания конфликта на Украине Польша готова восстановить отношения с РФ
  • 09.11 05:41
  • 1
Дилемма Германии: зависимость от американского оружия или испорченные отношения? (Politico, США)
  • 09.11 05:23
  • 1
Президент Узбекистана предложил открыть в стране контртеррористический офис ООН
  • 09.11 01:28
  • 1
Недруги Трампа за рубежом гадают: поражение республиканцев на промежуточных выборах ослабит его или, напротив, развяжет ему руки? (The Washington Post, США)
  • 08.11 00:49
  • 4
Пашинян заявил «раз и навсегда»: интерес Армении к ОДКБ иссяк
  • 07.11 12:57
  • 7
Российский «ответ Starlink» потерял новый спутник
  • 07.11 02:43
  • 1
«Ошибся где только можно». Как военные просчеты Трампа привели к поражению на выборах
  • 06.11 21:02
  • 2
Назван залог успеха ударов ВС России по Украине
  • 06.11 20:41
  • 1
За нарушение договоров с получателями оборонных субсидий предложили ввести штраф
  • 06.11 10:52
  • 2
«Теперь у России новый эшелон ПВО»: Як-130М способен проводить сетевые операции
  • 06.11 02:45
  • 1
Миротворцы Британии и Европы на Украине получат право открывать ответный огонь по русским (The Guardian, Великобритания)
  • 06.11 00:07
  • 1
Ростех: новая винтовка от "Высокоточных комплексов" может применяться в зоне СВО
  • 05.11 16:15
  • 2
Россия формирует новую логику импортозамещения
  • 05.11 06:00
  • 1
Получение Украиной от США спутниковых снимков целей в России сократили до семи минут