Изучение процессов получения сплавов системы Fe–Si–Ni–Cr методом термодинамического моделирования

В. А. Салина, В. И. Жучков, О. В. Заякин

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты термодинамического моделирования процесса восстановления элементов системы, содержащей, мас. %: 40 Cr2O3; 21 FeO; 15 Al2O3; 6 SiO2; 16 MgO; 2 CaO; 0.006 P2O5 при увеличении содержания СаО до основности 3.15. В качестве восстановителя – ферросиликоникель (28% Fe, 65% Si; 7% Ni). Для моделирования использован программный комплекс HSC Chemistry 6.12, разработанный Outokumpu Research Oy (Финляндия), в базу данных которого введены новые термодинамические константы для соединения CrO и скорректированы – CaCr2O4. Установлено, что повышение степени восстановления хрома на 32.7% (с 64 до 95.1%) происходит в интервале увеличения основности шлака с 0.07 до 1.86. Рациональная основность шлака составляет 1.86–1.9. Повышение расхода восстановителя от 0.5 до 1.05mвосст позволяет увеличить степень восстановления хрома на 52.4% и достигнуть значения 95.1%. Химический состав полученного металла, мас. %: 50.4 Cr; 1.97 Si; 3.3 Ni; 0.21 Al; 0.0050 P; Fe – остальное. Результаты моделирования могут быть использованы для расчета процесса восстановления элементов хромовой руды с использованием ферросиликоникеля.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

термодинамическое моделирование, система, силикотермия, основность, расход восстановителя, степень восстановления, ферросиликохромникель.

DOI: 10.7868/S0235010619010183

Молекулярные модели надструктурных единиц щелочных боратов

И. А. Бабина, Б. С. Воронцов, В. В. Москвин, И. Н. Грехов

АННОТАЦИЯ

Использование полуэмпирических методов показывает возможность построения надструктурных единиц, за исключением диборатной группы.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

структурные фрагменты, молекулярные модели, надструктурные единицы, модельный эксперимент.

DOI: 10.7868/S0235010619010031

Модельное исследование взаимодействия жидкого металла и дисперсных стальных включений при литье по газифицируемым моделям

Б. С. Воронцов, Н. В. Нестеров

АННОТАЦИЯ

Разработана математическая модель взаимодействия жидкого металла с внедренными в пенополистирол литейной модели металлическими включениями, учитывающая кинетику заполнения формы, влияние термодеструкции пенополистирола и теплообмен основного сплава и материала наполнителя. Приведены результаты эксперимента по получению опытных образцов литьем по газифицированным моделям, подтверждающие прогнозы математического моделирования.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

математическая модель, взаимодействие металлических частиц с расплавом, локальное легирование, литье по газифицированным моделям, композиционные материалы.

К теории нуклеации и роста кристаллов в метастабильной области фазового превращения при учете различных кинетических механизмов

Е. В. Маковеева, Д. В. Александров.

АННОТАЦИЯ:

Получено полное аналитическое решение математической модели, описывающей нестационарный процесс нуклеации и роста кристаллов в переохлажденных расплавах и пересыщенных растворах при учете кинетики нуклеации Майера (Meirs) и Вебера–Вольмера–Френкеля–Зельдовича (Weber–Volmer–Frenkel–Zeldovich), а также степенной зависимости скорости роста кристаллитов от переохлаждения или пересыщения системы. Решение задачи основано на применении метода перевала (седловой точки) для вычисления интеграла лапласовского типа. Показано, что для корректного описания эволюции метастабильной системы необходимо учитывать как фундаментальный член метода перевала, так и следующие четыре члена асимптотического разложения. Найденные решения демонстрируют, что степень метастабильности системы уменьшается со временем за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации (или поглощения примеси) растущими кристаллами.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

нуклеация, фазовые превращения, кинетикa роста кристаллов, математическое моделирование.

Математическое описание окислительного рафинирования расплава черновой меди

В. П. Жуков, С. И. Холод, В. Г. Лисиенко.

АННОТАЦИЯ:

Анодная плавка черновой меди основана на частичном удалении примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду. Процесс централизованного рафинирования на одном предприятии усложняется различным и переменным химическим составам шихты черновой меди поставляемой различными заводами-продуцентами. Поэтому постоянно изменяется средневзвешенный состав жидкого металла в зависимости от каждой загрузки, соответственно, требуется различное количество кислорода для окисления и ошлакования примесей. Целью работы является разработка методологии расчета теоретически потребной концентрации кислорода в расплаве от массы, (т) Cu2O как целевой функции от массы примесей черновой меди.

С использованием метода регрессионного анализа разработана математическая модель аппроксимирующей функции О2 = f(Cu2O), с помощью которой можно оперативно рассчитывать концентрацию кислорода подаваемого в расплав для окислительной стадии огневого рафинирования. По результатам выявленной закономерности построен график зависимости концентрации кислорода в расплаве от массы оксида меди (1).

Математическое описание выполнено на основе среднесуточного состава шихты от четырех заводов-продуцентов.

Алгоритм модели построен на основе пассивного эксперимента, с выбранными допущениями и ограничениями.

Установлено, что описанный алгоритм с применением МНК на платформе прикладного пакета Microsoft Excel и стехиометрических реакций окисления примесей показывает линейную зависимость концентрации кислорода, подаваемого в расплав, от массы оксида меди (1), что свидетельствует об адекватности полученной модели.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Математическая модель, концентрация кислорода, концентрация примесей, шихта, огневое рафинирование.

Сольватация иона In(III) в кластерах (InCl3)n по данным квантово-химических расчетов

В. Ю. Бузько, Г. Ю. Чуйко, Х. Б. Кушхов

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты квантово-химического моделирования сольватации иона In(III) в кластерах состава (InCl3)n (n = 1–30). Потенциалы межатомных взаимодействий были описаны в приближении полуэмпирического квантовохимического метода MNDO/PM3. Рассчитанное среднее расстояние In-Cl в наиболее энергетически устойчивом кластере состава (InCl3)30 составляет 2.64 ± 0.15 Å. Также методом молекулярно-динамического моделирования в каноническом NVT-приближении с потенциалами MNDO/PM3 при температурах 850 и 870 К были изучены микроструктурные характеристики иона In(III) в модельном кластере (InCl3)30.

На основе выполненных расчетов сделан вывод, что расплавы InCl3 имеют сетчатую структуру с доминирующим комплексным анионом [InCl6]3– искаженного октаэдрического строения. Результаты молекулярно-динамического моделирования свидетельствуют, что в условиях расплавления модельных кластеров (InCl3)30 наблюдается понижение координационного числа иона In(III) от 5.98 до величины 5.92 в сетке расплава за счет образования более плотноупакованных комплексных анионов [InCl5]2–.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

трихлорид индия, сольватация, координационное число, квантово-химическое моделирование, молекулярно-динамического моделирование.

Расчёт коэффициентов самодиффузии в расплавленных смесях LiF-RbBr и LiF-CsBr методом молекулярной динамики

М. А. Кобелев, К. И. Олейник, А. С. Татаринов

АННОТАЦИЯ

Рассчитаны коэффициенты самодиффузии ионов составляющих взаимные расплавленные смеси LiF-RbBr и LiF-CsBr, находящиеся при температуре 1420 K во всём интервале концентраций в рамках метода классической молекулярной динамики. Показано, что характер микроскопического движения фторид-иона качественно меняется в зависимости от природы катиона формирующего ближайшее окружение. Так, во взаимной смеси LiF-RbBr при небольших концентрациях бромида рубидия ближайшее окружение фторид-иона способствует увеличению его коэффициента самодиффузии, несмотря на то, что плотность системы при этом увеличивается.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Галогениды щелочных металлов, молекулярно-динамическое моделирование, коэффициенты самодиффузии, модель жестких ионов.

Наблюдение структурного перехода Li2 → ГЦК в малых нанокластерах Cu3Au

Ю. Я. Гафнер, С. Л. Гафнер, Л. В. Редель, И. С. Замулин

АННОТАЦИЯ:

Известно, что наночастицы сплава Cu3Au широко используются при катализе самых разных химических реакций, так как экспериментально было определено, что частичное замещение золотом меди во многих случаях приводит к увеличению каталитической активности. Однако поверхностная электронная структура, отвечающая за реакционную способность наночастиц сплава, сильно зависит от атомного упорядочения в них. Следовательно, для теоретического определения каталитических свойств необходимо использовать наиболее реальную структурную модель, соответствующую наночастицам Cu3Au при условии различных внешних воздействий. Исходя из этого, методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB_SMA были исследованы границы термической стабильности исходной L12 фазы в кластерах наносплава Cu3Au размером до 8.0 нм. Показано, что под действием температурного фактора в кластерах Cu3Au возможен структурный переход L12 → ГЦК. Сделан вывод, что в отличие от макроскопических тел в наночастицах данный переход занимает широкую температурную область.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

наносплав, структура, компьютерное моделирование, сильная связь.

Изучение изностойкости при высоких температурах толстослойного оксида алюминия в качестве защитного покрытия алюминиевых кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок

А. В. Нечаев, Л. Н. Кодомской, Е. В. Никитина

АННОТАЦИЯ:

Представлены результаты измерения микротвердости, смачиваемости толстослойных алюминиевых покрытий жидкой сталью, устойчивости этих покрытий абразивному износу при высоких температурах в условиях сухого трения. Задача нахождения оптимальных условий осаждения толстослойного оксидного покрытия алюминия с максимальной износостойкостью и микротвердостью решалась с помощью метода математического планировании эксперимента. На основании математического планирования были выбраны оптимальные условия электролиза, обеспечивающие наибольшую износостойкость полученные покрытий. Полученные при оптимальных условиях электролиза оксидные покрытия были испытана на абразивный износ при высоких температурах в условиях сухого трения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

алюминиевые сплавы, толстослойный оксидные покрытия, смачиваемость жидкой сталью, микротвердость, износостойкость покрытия при высоких температурах.

О вязкости жидких металлов

А. В. Рябина, В. Г. Шевченко

АННОТАЦИЯ:

Рассмотрен метод термодинамического подобия развитый Чепманом благодаря которому можно рассчитать динамическую вязкость жидкости не прибегая к эксперименту. Сравнение вычисленных и определенных экспериментально значений межатомных расстояний, показывает удовлетворительное соответствие величин. Приведены примеры расчета. Расчетные данные собраны в единую таблицу.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

приведенная вязкость, динамическая вязкость, межатомные расстояния, плотность жидких металлов.