Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

1897
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
  • 23.10 19:22
  • 11006
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 23.10 19:17
  • 0
Комментарий к "Медведчук назвал главные препятствия к миру на Украине"
  • 23.10 17:50
  • 1
Медведчук назвал главные препятствия к миру на Украине
  • 23.10 16:57
  • 44
С ракетами "Томагавк" могут бороться и улучшенные ЗСУ-23-4М4 "Шилка"
  • 23.10 13:27
  • 1
В РФ ежемесячно производят свыше 50 тяжелых ударных дронов "Ночная ведьма"
  • 23.10 12:48
  • 3
ТАСС: в Минобороны создали департамент повышения эффективности
  • 23.10 10:33
  • 0
Требуется Соломоново решение
  • 23.10 10:17
  • 0
«Запад-2025» все еще будоражит Запад
  • 23.10 10:06
  • 0
Арцах: без права на возвращение
  • 23.10 06:31
  • 0
Еще раз о танках, раз уж эта тема часто всплывает снова и снова.
  • 23.10 06:22
  • 1
Бездорожный рабочий: в войска начали массово поставлять вездеходы «Пластун-ТТ»
  • 23.10 06:16
  • 1
«Даже работать будет не нужно»: Маск представил версию «технокоммунизма»
  • 23.10 02:06
  • 1
Комментарий к "Танк Т-90М2 и планы производства и модернизации танков на УВЗ"
  • 23.10 00:59
  • 0
Комментарий к теме "Война на Украине: первый день"
  • 22.10 22:34
  • 75
Война на Украине: первый день