Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2330
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
  • 12.10 20:55
  • 1
После четырёхлетнего перерыва Россия и Словакия возвращают военных атташе
  • 12.10 20:02
  • 0
Комментарий к "Чем тактика современной войны в корне отличается от войны Второй Мировой"
  • 12.10 17:58
  • 0
Комментарий к "Объект 292: Т-80 с огромной 152-мм пушкой. Зачем СССР поставил на танк орудие почти от самоходки"
  • 12.10 16:28
  • 0
Богодель: Раскрыта суть нового законопроекта минобороны Польши
  • 12.10 11:47
  • 2
Военный эксперт указал на крах украинской Fire Point
  • 12.10 10:54
  • 16424
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 12.10 09:28
  • 1
И снова о калининградском анклаве ("Запад упорно ведет дело к ядерной войне с Россией: сделан еще один шаг")
  • 12.10 07:33
  • 0
Комментарий к "«Россия больше не дойная корова»: историк Спицын вскрыл истинную причину ярости Запада против Путина"
  • 12.10 06:04
  • 0
Комментарий к "Причины краха СССР: Как проиграть в «классики»"
  • 12.10 03:45
  • 1
НАТО проведет в Италии ядерные учения без ядерного оружия
  • 11.10 11:11
  • 2
Евкуров рассказал о новой тактике Армии России в зоне спецоперации
  • 11.10 06:32
  • 2
Комментарий к "Как изменятся танки для участия в войнах будущего"
  • 10.10 07:29
  • 0
Комментарий к "Две реальности сегодняшнего дня: почему разрыв между фронтом и тылом становится одной из главных угроз для страны"
  • 10.10 04:43
  • 0
Комментарий к "Разделенная Украина"
  • 09.10 22:09
  • 0
Комментарий к "НАТО может перерезать важнейшую для России Балтийскую артерию "в течение нескольких часов" после начала атаки (The Times, Великобритания)"