Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2356
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
  • 26.10 23:03
Комментарий к "Как можно было легко и просто избавиться от дефицита товаров в СССР? Почему Политбюро так и не решилось на этот шаг"
  • 26.10 19:24
  • 0
Комментарий к "Подготовка к интервенции. Что затеяла НАТО у российских границ"
  • 26.10 18:32
  • 1
Сувалкский коридор: немцы репетируют «Drang nach Osten»
  • 26.10 18:06
  • 1
Подготовка к интервенции. Что затеяла НАТО у российских границ
  • 26.10 15:18
  • 0
Снова захотелось переговоров, но не всем одинаково
  • 26.10 12:39
  • 1
В США заявили об устаревании стратегической авиации
  • 26.10 12:15
  • 1
«Калашников»: уникальный комплекс ПВО «Зверобой» с высокоскоростными «Кракенами»-перехватчиками впервые публично представляется на Всероссийском оружейном форуме в Москве
  • 26.10 11:23
  • 2
Застряли в начале 2000-х: микросхемы в России выпускают по технологии 90 нм, переход на 14 нм откладывается, запуск нового завода перенесли на конец 2027 года⁠
  • 26.10 08:19
  • 3
WSJ: работу системы Starlink на Украине ограничил Илон Маск
  • 26.10 07:53
  • 0
Комментарий к "Насколько уникальны были самолёты «Илья Муромец»"
  • 26.10 05:06
  • 0
Комментарий к "«Мы дали Украине много, они не дали нам ничего»: что стоит за словами Трампа"
  • 26.10 04:24
  • 0
Комментарий к "«Никаких добровольцев и казаков»: какой должна быть российская система ПВО?"
  • 26.10 01:38
  • 0
Комментарий к "Пентагон планирует к 2035 году увеличить парк истребителей ВВС США до 1500 машин"
  • 26.10 01:35
  • 1
На российских фрегатах увеличат ракетное вооружение
  • 26.10 00:38
  • 1
«Никаких добровольцев и казаков»: какой должна быть российская система ПВО?