|
Эта публикация цитируется в 2 научных статьях (всего в 2 статьях)
Моделирование процессов кристаллизации наномодифицированного бинарного сплава
В. Н. Попов, А. Н. Черепанов Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича
СО РАН, Новосибирск
Аннотация:
Предложена математическая модель неравновесной кристаллизации бинарного сплава алюминия (Al-Si) с модифицирующими тугоплавкими наноразмерными частицами, которые являются центрами зарождения кристаллической фазы. Модель описывает термодинамические процессы, а также гетерогенное зародышеобразование и кристаллизацию $\alpha$-компоненты и $\beta$-компоненты расплава. Зарождение кристаллической фазы происходит на поверхности нанозатравок при переохлаждении расплава. Температура ликвидуса в расплаве зависит от концентрации растворенного легирующего компонента, которая определяется из уравнения неравновесного рычага. При охлаждении металла до температуры эвтектики происходит кристаллизация $\alpha$-компоненты сплава, а при дальнейшем охлаждении — эвтектическая кристаллизация $\beta$-компоненты. Скорость роста кристаллической фазы пропорциональна переохлаждению. Объем твердой фазы, сформировавшейся вокруг зародыша характеризует размер зеренной структуры в затвердевшем сплаве. Проведено численное моделирование затвердевания расплава в цилиндрической форме. Параметры теплообмена системы расплав-форма с окружающей средой определены в результате экспериментов. Рассмотрены особенности кинетики гетерогенного зародышеобразования и кристаллизации остывающего расплава. Определено, что условия зародышеобразования, темп кристаллизации, переохлаждение и время затвердевания существенно различаются внутри отливки. Согласно полученным результатам установлено, что по мере охлаждения расплава имеет место объемно-последовательная кристаллизация металла. Область с наиболее мелкой структурой застывшего металла находится вблизи стенки формы. Оценка размеров зеренной структуры в отливке согласуется с результатами экспериментов. Достоверность предложенной модели подтверждена сравнением результатов численного расчета с данными физического эксперимента по измерению температуры при затвердевании расплава и изучении свойств отливки.
Ключевые слова:
численное моделирование, бинарный сплав, модифицирование, наноразмерные тугоплавкие частицы, кристаллизация.
Поступила в редакцию: 25.03.2019 Исправленный вариант: 25.03.2019 Принята в печать: 20.05.2019
Образец цитирования:
В. Н. Попов, А. Н. Черепанов, “Моделирование процессов кристаллизации наномодифицированного бинарного сплава”, Матем. моделирование, 31:11 (2019), 89–101; Math. Models Comput. Simul., 12:4 (2020), 503–509
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/mm4131 https://www.mathnet.ru/rus/mm/v31/i11/p89
|
Статистика просмотров: |
Страница аннотации: | 280 | PDF полного текста: | 158 | Список литературы: | 28 | Первая страница: | 9 |
|