Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

1722
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
  • 31.05 06:44
  • 102
Будущее за тяжелыми "противоснарядными" БМП весом в 55 тонн
  • 31.05 05:38
  • 0
Ответ на "Полковник раскрыл особенности ударивших по Украине российских «Калибров»"
  • 31.05 02:21
  • 1
Шойгу: вооружение РФ прошло испытание боем и крайне востребовано в мире
  • 30.05 21:09
  • 0
Еще одна "не самая новая" статья о флоте (о ЧФ)
  • 30.05 18:54
  • 0
По поводу "У России есть стратегический резерв для отражения атак украинских БПЛА"
  • 30.05 16:42
  • 32
Российский сверхзвуковой пассажирский самолет — преемник Ту-144 — будет летать со скоростью 2500 км/ч на расстояние свыше 8500 км
  • 30.05 13:19
  • 1
Медведев: в воинские части с начала года прибыли почти 175 тыс. военнослужащих
  • 30.05 11:22
  • 9018
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 30.05 06:35
  • 11
Зачем и без того мощной авиационной ракете «ядерная» модернизация?
  • 30.05 04:44
  • 0
По поводу "Почему ВМФ России остается в тройке сильнейших флотов мира"
  • 30.05 02:38
  • 1
"Повторения боев за Бахмут не будет". Россия начала наступление на Сумы
  • 30.05 02:01
  • 1
Полковник раскрыл особенности ударивших по Украине российских «Калибров»
  • 30.05 01:28
  • 3
Миронов предложил создать морские частные военные компании
  • 29.05 18:09
  • 48
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 29.05 18:05
  • 33
МС-21 готовится к первому полету