Новости

17 марта, 2022 15:33

Математическая модель ускорит создание сплавов с заданными свойствами

Ученые Уральского федерального университета предложили методику для существенного ускорения синтеза сплавов на основе алюминия. С помощью компьютерного моделирования исследователи могут управлять внутренней структурой сплава и влиять на его физические свойства. В процессе создания математической модели физики выполнили уникальные расчеты, результаты которых представлены в журнале Journal of Physics: Condensed Matter.
По словам Любови Тороповой, моделирование синтеза сплавов также может применяться в химической и биотехнологической сферах. Источник: Илья Сафаров
«Мы произвели расчеты для силумина — сплава алюминия и кремния. Он активно применяется для литья деталей в авто-, мото- и авиастроении, благодаря своей способности образовывать отливки без дефектов. Нам удалось разработать математическую модель, позволяющую описывать различные формы дендритных кристаллов, образующихся в структуре сплава при разных температурах переохлаждения. Форма кристаллов в сплаве предопределяет физические свойства материалов — прочность и пластичность, теплопроводность и электропроводность. С помощью моделирования мы можем определить, какая форма кристаллов необходима для усовершенствования тех или иных свойств сплава, и производить детали с заданными характеристиками», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ Любовь Торопова.

Исследователи верифицируют свою модель на экспериментальной установке электромагнитной левитации, которая находится в Йенском университете имени Фридриха Шиллера (Германия). Полученные в рамках выполнения проекта теоретические модели позволяют описать реальные экспериментальные данные по кинетике роста кристаллов в расплавах.

«Благодаря уникальному оборудованию удается проводить реальные эксперименты и описывать дендритную структуру сплава, — поясняет Любовь Торопова. — Дополнительно в расчетах нами используются методы численного моделирования, с помощью которых мы можем сразу регулировать состав и характеристики сплава. Например, мы выяснили, что в некоторых случаях дендритные кристаллы, растущие из чистого кремния, эволюционируют быстрее, чем кристаллы, растущие из расплава силумина, и это улучшает микроструктуру и свойства конечного материала, то есть необходимо регулировать состав расплава, если требуется ускорить процесс литья деталей».

По словам ученых, разрабатываемые математические модели позволят быстро создавать сплавы различных металлов с необходимыми свойствами. На основе экспериментальных исследований модели физики создали программное обеспечение и получили свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Оно позволит симулировать комплексные процессы структурно-фазовых превращений, происходящих в сплавах различных металлов, и создавать материалы нового поколения с улучшенными характеристиками. Проект выполняется при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 21-79-10012).
22 февраля, 2024
Ученые разработали новую технологию синтеза наночастиц берлинской лазури
Ученые лаборатории клеточной иммунологии и нанобиотехнологии ИЭГМ УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) ра...
20 февраля, 2024
Марганцевый катализатор поможет производить силиконы для медицины под действием солнечного света
Ученые выяснили, что синтезировать силиконы можно при комнатной температуре и солнечном свете с помо...