Науковий вісник НГУ

Математичне моделювання процесу кристалізації у використанні до прогнозування структури загартованих із рідкого стану металів

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 1

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Фізика твердого тіла, збагачення корисних копалин

Останнє оновлення: 14 липня 2013

Опубліковано: 13 листопада 2012

Перегляди: 10781

Автори:

Є.О. Якунін, кандидат фізико-математичних наук, доцент, Державний вищий навчальний заклад „Національний гірничий університет“, доцент кафедри фізики, м. Дніпропетровськ, Україна

Реферат:

Мета. Прогнозування структури металів і сплавів, загартованих із рідкого стану, і визначення оптимальних режимів охолодження розплаву для отримання необхідної структури матеріалу.

Методика. Проведено математичне моделювання процесу твердіння розплаву. Було запропоновано модель, що базується на отриманому раніше неізотермічному кінетичному рівнянні кристалізації. Для прогнозування структури металів алгоритм був доповнений можливістю отримання розподілу кристалів за розмірами. З використанням розробленого алгоритму проведено модельне дослідження впливу швидкості охолодження на структуру нікелю. При моделюванні використовувався широкий інтервал швидкостей охолодження аж до критичної швидкості, що забезпечує аморфізацію розплаву.

Результати. Було отримано розподіли кристалів нікелю за розмірами. По розподілу кристалів за розмірами розраховано такі структурні характеристики металу, що закристалізовувався, як середній розмір кристалів і найбільш вірогідний розмір кристалів. Також визначено ті розміри кристалів, на які доводиться найбільша доля об’єму, що закристалізовувався. Показано, що у вузькому інтервалі швидкостей охолодження, близьких до критичної, можливе ізотермічне твердіння розплаву при переохолодженні нижче рівноважної температури кристалізації більше ніж на 800 градусів. Розрахований для такого екстремального режиму кристалізації розподіл кристалів за розмірами свідчить про утворення досить однорідної за розмірами зерен структури. Середній і найбільш вірогідний розміри кристалів не перевищують декількох десятків нанометрів, тобто досягається такий структурний стан, який отримують, зазвичай, за допомогою аморфізації розплаву і наступному відпалі аморфного матеріалу.

Наукова новизна. Був розроблений алгоритм отримання розподілу зростаючих кристалів за розмірами в процесі моделювання надшвидкого твердіння розплаву.

Практична значимість. Запропонований алгоритм дозволяє розраховувати режими охолодження для отримання металів з однорідною дрібнокристалічною структурою безпосередньо в процесі кристалізації розплаву.

Список літератури / References:

1. Lisov, V.I., Tsaregradskaya, T.L., Turkov, O.V. and Kharkov, V.E. (1999), “The crystallisation kinetics of amorphous alloys of Fe-B system”, Metallofizicheskiye Noveishie Teknologii, vol.21, no.12, pp. 34–37.

2. Betz, G. (1997), “Computer modeling of initial stages of thin film formation”, Proc. “Evolution of Surface Morphology and Thin-Film Microstructure”, p. 134.

3. Якунин А.А. Моделирование процесса затвердевания в двухкомпонентных системах / Якунин А.А., Якунин Е.А. // Вісник Дніпропетровського університету. Фізика. Радіоелектронніка. – 1999. – вип. 4, Т. 1. – С. 23–32.

Yakunin, A.A. and Yakunin, Ye.A. (1999), “Design of process of solidification in the binary systems”, Visnyk Dnipropetrovskogo univerytetu. Fizyka. Radioelektronika, vol.1, issue 4, pp. 23–32.

4. Лысенко А.Б. Вывод неизотермического кинетического уравнения кристаллизации / Лысенко А.Б., Якунин Е.А. // Сборник научных трудов Национального горного университета. – Днепропетровск, 2004. – №20.– С. 143–147.

Lysenko, A.B. and Yakunin, Ye.A. (2004), “Nonisothermic kinetic equalization of crystallization”, Sbornik nauchnykh trudov Natsionalnogo gornogo universiteta, no.20, pp. 143–147.

yakun
2013-07-14  348.16 KB  1403

• < Попередня