Создание материалов, способных выдерживать экстремальные нагрузки в авиации, космической отрасли и высокоточном машиностроении, остается одной из главных задач современной науки. Теперь исследователи сделали важный шаг к ее решению. Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали и успешно испытали новую математическую модель, которая позволяет по-новому взглянуть на процессы формирования структуры металлов. Разработка может существенно ускорить создание сверхпрочных сплавов нового поколения и открыть дополнительные возможности для промышленности, передает inbusiness.kz со ссылкой на ТАСС.
Как сообщили в пресс-службе вуза, ученые ЮУрГУ Максим Дудоров и Александр Дрозин создали математическую модель, способную более точно описывать процессы роста кристаллов в быстро охлаждающемся металлическом расплаве.
"Ученые ЮУрГУ Максим Дудоров и Александр Дрозин разработали и испытали новую математическую модель. По сути, это умный калькулятор, который впервые позволяет увидеть, как на самом деле растут кристаллы в быстро охлаждающемся металлическом расплаве. Это критически важно, потому что именно рост кристаллов определяет, каким получится металл - обычным, хрупким или сверхпрочным", - сказали в пресс-службе.
Специалисты отмечают, что именно процессы кристаллизации во многом определяют будущие свойства металла. От того, как формируются кристаллы в расплаве, зависит прочность, устойчивость к нагрузкам, долговечность и другие характеристики материала. Однако существующие научные подходы долгое время не позволяли достаточно точно описывать эти процессы.
В вузе пояснили, что до появления новой модели ученые исходили из предположения, что концентрация атомов на поверхности растущего металлического материала остается постоянной. Такая гипотеза значительно упрощала расчеты, однако не отражала реальные процессы, происходящие внутри расплава.
На практике концентрация атомов постоянно меняется буквально каждую долю секунды. Именно эта динамика оказывает серьезное влияние на рост кристаллов и формирование структуры материала. Из-за отсутствия точных моделей учитывать такие изменения было крайне сложно, что становилось одним из препятствий на пути создания новых сверхпрочных материалов.
Исследователям ЮУрГУ впервые удалось учесть эти процессы в математическом описании кристаллизации.
"Они использовали методы неравновесной термодинамики и вариационного исчисления. На примере роста кристаллов соединения Fe₃B (триборид железа - прим. ТАСС) они успешно протестировали и показали, что на самых ранних стадиях скорость его роста может быть совсем другой, чем считалось раньше", - сказали в вузе.
Полученные результаты позволяют по-новому оценить начальные этапы формирования металлических структур. По мнению специалистов, именно эти ранние стадии зачастую определяют конечные свойства материала и его эксплуатационные характеристики.
Практическое значение разработки может оказаться весьма существенным для различных отраслей промышленности. Благодаря новой модели металлурги смогут гораздо точнее подбирать параметры охлаждения расплавов и контролировать процесс формирования структуры материала.
В пресс-службе университета подчеркнули, что это особенно важно при создании аморфных и нанокристаллических сплавов. Такие материалы отличаются повышенной прочностью и рядом уникальных свойств, которые делают их востребованными в самых технологически сложных сферах.
По словам специалистов, новые сплавы могут использоваться при производстве авиационных деталей, космических аппаратов, высокоточных станков, сверхпрочных металлических лент, проволоки и защитных покрытий. Во многих случаях такие материалы способны значительно превосходить традиционные металлы по прочности и устойчивости к внешним воздействиям.
Разработка ученых ЮУрГУ также может стать важным инструментом для дальнейшего проектирования материалов будущего. Более глубокое понимание механизмов роста кристаллов позволит создавать сплавы с заранее заданными характеристиками и ускорит внедрение новых технологических решений в промышленность.
На фоне растущих требований к надежности техники и необходимости повышения эффективности производства подобные исследования приобретают особое значение. Возможность управлять структурой металла на этапе его формирования открывает новые перспективы для авиационной отрасли, космических программ и высокотехнологичного машиностроения, где свойства материалов зачастую определяют успех всей конструкции.
Читайте по теме:
Казахстанские ученые создали беспилотник, способный часами находиться в воздухе
