Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

1742
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
  • 24.06 01:45
  • 377
Израиль усиливает меры безопасности в связи с опасениями ударов со стороны Ирана
  • 23.06 22:11
  • 0
О войсковой и объектово-зональной ПВО: где грань между ними?
  • 23.06 20:29
  • 1029
Израиль "готовился не к той войне" — и оказался уязвим перед ХАМАС
  • 23.06 15:31
  • 3
В зоне СВО заметили тяжелый БТР «из Безумного Макса»
  • 23.06 15:30
  • 9486
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 23.06 13:32
  • 1
Матвиенко считает, что женщины должны чаще летать в космос
  • 23.06 10:52
  • 1494
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 23.06 10:47
  • 1
Европейские ракеты нового поколения
  • 23.06 10:23
  • 74
Какое оружие может оказаться эффективным против боевых беспилотников
  • 23.06 09:49
  • 18
Дроны ВСУ впервые атаковали Сибирь. Они вылетали из фуры, чтобы ударить по аэродрому
  • 23.06 05:38
  • 0
В связи с небольшой дискуссией о ПВО.
  • 23.06 02:23
  • 1
Россия и Индонезия намерены развивать военное и военно-техническое сотрудничество
  • 23.06 00:42
  • 0
Ответ на "РФ предлагала Ирану сотрудничать в области ПВО, иранская сторона не проявила интерес - Путин"
  • 22.06 21:32
  • 0
По поводу "Вместо Ирана должна была быть Россия: подлый удар по Калининграду сорвался"
  • 22.06 15:13
  • 43
Глава Ростеха анонсировал возобновление выпуска самолётов радиолокационного обнаружения и управления А-50У