Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2362
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
  • 02.11 20:06
  • 1
Падение всего одной страны приведет к Третьей мировой, и это будет "чудовищно", считает историк (Daily Express, Великобритания)
  • 02.11 19:57
  • 3
«Борьба с многоголовым змеем». Почему интенсивность ударов ВСУ не снижается
  • 02.11 07:13
  • 1
Як-130М встроили в единую боевую сеть, рассказали в "Ростехе"
  • 02.11 05:50
  • 1
"Мы готовы к войне": Путин предупреждает об эскалации на Балтике (Die Welt, Германия)
  • 02.11 05:46
  • 3
Россия заявила об увеличении атомного подводного флота на фоне напряженных отношений с НАТО (Newsweek, США)
  • 01.11 21:35
  • 1
Под шум боя: как ВМФ России пополнился новым подводным оружием
  • 01.11 21:20
  • 3
Военные летчики «Русских витязей» разбились на Су-30СМ
  • 01.11 20:14
  • 2
«США и НАТО не дадут». Какими могут быть гарантии безопасности для России?
  • 31.10 18:22
  • 3
Российский «патрон последнего шанса» оценили
  • 31.10 08:39
  • 2
Сергей Чемезов: "Ростех" полностью обеспечивает потребности российской армии
  • 31.10 04:40
  • 1
Во сколько американцам обойдется победа России на Украине? (Forbes, США)
  • 30.10 18:59
  • 2
Новый фрегат приблизит ВМФ к возможностям советского времени
  • 30.10 17:55
  • 1
Российские станки заняли треть отечественного рынка
  • 30.10 13:03
  • 3
Пентагон планирует к 2035 году увеличить парк истребителей ВВС США до 1500 машин
  • 30.10 04:23
  • 1
В НАТО тихая паника: Россия укрепляет перевес в военной экономике (infoBRICS, Китай)