Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

2342
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
  • 19.10 19:55
  • 142
МС-21 готовится к первому полету
  • 19.10 08:36
  • 1
Япония раскрыла тайну миссии на спутник Марса
  • 19.10 06:48
  • 0
Россия как "лягушка в теплой воде"?
  • 19.10 05:04
  • 3
ВСУ «ослепли» из-за хамства Зеленского
  • 19.10 02:47
  • 1
На тему "Насколько вся советская история Великой Отечественной построена на вымыслах"
  • 18.10 13:27
  • 1
ВВС Украины планируют приобрести 250 истребителей! Вот только настоящая проблема начнется после их покупки (Traffic News, Япония)
  • 17.10 12:20
  • 7
Ту-214 сократят экипаж
  • 17.10 03:50
  • 0
Комментарий к "Второе рождение Т-62"
  • 17.10 02:21
  • 0
Комментарий к "Самое страшное не в том, что появился царь, а в том, что народ покорно согласился стать крепостным"
  • 17.10 00:21
  • 0
Комментарий к ""Все вокруг потенциальные предатели". Методы выявления врагов Сталина и зачем они использовались на практике"
  • 16.10 23:14
  • 0
Комментарий к "Ту-4: советская «копия» американского бомбардировщика, изменившая баланс сил"
  • 16.10 19:57
  • 0
Комментарий к "Эти мифы о необитаемых башнях пора забыть"
  • 16.10 17:55
  • 0
Комментарий к "Чьи истребители были лучше, наши или немецкие?"
  • 16.10 07:56
  • 0
Комментарий к "Какие танки можно назвать лучшими танками Великой Отечественной войны?"
  • 16.10 05:45
  • 0
Комментарий к "В России посчитали атеистов. Гуманизм — дорого. Вера — бесплатно. Теперь объясню, в чём подвох"