Войти

Математическое уравнение поможет в производстве стали с улучшенными свойствами

1884
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
  • 11.10 13:40
  • 7
С ракетами "Томагавк" могут бороться и улучшенные ЗСУ-23-4М4 "Шилка"
  • 11.10 13:18
  • 10791
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 11.10 09:39
  • 11
Основатель Amazon объявил о создании тяжелой космической ракеты
  • 11.10 08:20
  • 2
Я — министр иностранных дел Польши. И вот как нужно вести переговоры с Путиным (The New York Times, США)
  • 10.10 19:22
  • 0
Ответ на "Систем ПВО и ПРО России оказалось недостаточно для отражения атак ВСУ"
  • 10.10 19:19
  • 4
Украина вряд ли получит ракеты Tomahawk из-за опасности конфликта РФ и США
  • 10.10 18:57
  • 1
В США рассказали о кошмаре «опережающего физику» российского МиГ-41
  • 10.10 18:51
  • 1
Ответ на "Убийцей крылатых ракет "Томагавк" является 2С38 "Деривация-ПВО""
  • 10.10 18:30
  • 0
По поводу потока славянского сознания в "Я — министр иностранных дел Польши. И вот как нужно вести переговоры с Путиным (The New York Times, США)"
  • 10.10 17:16
  • 11
Для защиты заводов по переработке нефти развернули передвижные группы ПВО
  • 10.10 06:52
  • 0
Комментарий к "Patriot назвали позором США"
  • 10.10 05:46
  • 0
Комментарий к ""Теперь без защиты". Пентагон признал критическое отставание от России"
  • 10.10 04:54
  • 0
К вопросу о возможных действиях русских в случае реальной эскалации до войны
  • 10.10 01:19
  • 1
Лавров призвал пересмотреть функционал российских сил в Сирии
  • 09.10 22:16
  • 2
Стало известно о способе России «приставить пистолет к жирной заднице США»