Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2315
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
  • 05.10 17:36
  • 0
С широко закрытыми глазами
  • 05.10 15:13
  • 1
Заказан головной итальянский эсминец нового поколения
  • 05.10 14:51
  • 1
Охотники за «малым небом»
  • 05.10 05:54
  • 0
Комментарий к "Рванет не там, где все думают. Вот где «откроются ворота» третьей мировой"
  • 05.10 05:24
  • 1
"На пороге новой реальности": главные тезисы Путина на валдайском форуме
  • 05.10 04:53
  • 1
Трамп перенаправил “украинскую” помощь для стран НАТО латиноамериканским союзникам (The Telegraph UK, Великобритания)
  • 05.10 04:16
  • 1
Европейская элита поставила на войну — и стремительно теряет избирателей (The American Conservative, США)
  • 05.10 03:44
  • 1
На учениях «Центр» показали «Изделие 347» с управляемой ракетой
  • 04.10 21:24
  • 1
Экс-чиновник НАТО: Россия считает себя победителем, и, по-моему, не зря (The Independent, Великобритания)
  • 04.10 05:13
  • 0
Комментарий к "Русские не решатся: В НАТО посмеялись над ядерным оружием Москвы. Первый удар должна принять Польша"
  • 02.10 20:09
  • 0
Комментарий к "Вашингтон обозначил неугодные ему страны НАТО" и "«НАТО 3.0»: По какому принципу Вашингтон делит союзников"
  • 02.10 17:40
  • 0
Бадалян: Пашинян проигнорировал саммит ЕАЭС из-за созданного им образа «врага» в лице Лукашенко
  • 02.10 17:34
  • 0
«Это будет другая геополитическая реальность»: в Беларуси жестко предупредили Запад о последствиях провокаций
  • 02.10 03:57
  • 1
Путин поставил кабмину новую задачу в сфере искусственного интеллекта
  • 02.10 03:47
  • 1
Вашингтон обозначил неугодные ему страны НАТО