Ученые Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ) — участника программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» разработали метод математического моделирования внутренней структуры материала для получения металлических сплавов с заданными свойствами. На основе экспериментальных исследований физики из Екатеринбурга создали и зарегистрировали программное обеспечение для персональных компьютеров. Оно позволит моделировать комплексные процессы структурно-фазовых превращений, происходящих в сплавах различных металлов, и создавать материалы нового поколения с заданными характеристиками.
«В расчетах мы использовали 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. Это улучшает микроструктуру и свойства конечного материала, то есть необходимо регулировать состав расплава, если требуется ускорить процесс литья деталей», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах Любовь Торопова.
Свои расчеты ученые проверили на силумине — сплаве алюминия и кремния. Он активно применяется для литья деталей в авто-, мото- и авиастроении благодаря своей способности образовывать отливки без дефектов. Ранее опыты на экспериментальной установке электромагнитной левитации в Йенском университете имени Фридриха Шиллера (Германия) подтвердили данные по кинетике роста кристаллов в расплавах и дендритной структуре сплава.
«Мы разработали математическую модель, которая описывает различные формы дендритных кристаллов, образующихся в структуре сплава при разных температурах переохлаждения. Форма кристаллов в сплаве определяет такие физические свойства материалов, как прочность и пластичность, теплопроводность и электропроводность. Это позволяет заранее формировать нужные свойства и создавать материалы с заданными характеристиками», — отмечает Любовь Торопова.
Исследования новых материалов ведутся в УрФУ в рамках стратегического проекта вуза «Дизайн и технологии функциональных материалов и систем». Прорывные научные исследования и разработки мирового уровня станут вкладом Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина в экономическое развитие страны, которое напрямую связано со способностью производить продукцию, не имеющую аналогов на рынке.
