Ученые из УрФУ научились программировать свойства сплавов

16 марта 2022

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.

Источник: