Компьютерное моделирование многокомпонентных расплавов металлургических шлаков

Э. В. Дюльдина, Б. Р. Гельчинский, В. Н. Селиванов

АННОТАЦИЯ

Основываясь на экспериментальных данных о плотности, в приближении модели ионной связи в работе впервые осуществлено молекулярно-динамическое моделирование многокомпонентных оксидно-фторидных металлургических шлакообразующих систем: SiO2–CaO–Al2O3–MgO–CaF2–Na2O–K2O–FeO, проведено обсуждение результатов и сопоставление с литературными экспериментальными и расчетными данными. Полученная модель свидетельствует о слабой температурной зависимости структуры исследуемого расплава. Выявлена повышенная диффузионная подвижность ионов фтора, а также ионов щелочных металлов по сравнению с другими элементами.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

расплав, металлургический шлак, компьютерное моделирование, структура, свойства.

DOI: 10.1134/S0235010618050055

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.

DOI: 10.1134/S0235010618050158

Построение фракталов из звезд: инфляционный и дефляционный подходы

А. А. Поляков

АННОТАЦИЯ

Рассматриваются инфляционный и дефляционный подходы к построению фракталов из правильных пятиконечных звезд. Предложены два вида описания данных подходов – абсолютный и относительный. Относительное описание позволяет сформулировать простую связь между этими подходами. Дефляционный подход: на каждом этапе построения фрактала правильные пятиконечные звезды одинакового размера и ориентации располагаются так, что их центры совпадают с вершинами многоугольников предыдущего шага. Размеры этих звезд на каждом шаге могут уменьшаться пропорционально целой степени золотого сечения. Инфляционный подход: предфрактал предыдущего шага размножается и полученные фигуры располагаются так, что их центры совпадают с вершинами правильной пятиконечной звезды, возрастающей в размере.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

фракталы, пятиконечные звезды, квазипериодическая решетка.

DOI: 10.7868/S0235010619010158

Термодинамический анализ совместного алюминотермического восстановления ZrO2 и Nb2O5

С. Н. Агафонов, А. А. Пономаренко, А. С. Русских

АННОТАЦИЯ

В данной работе изучали совместное алюминотермическое восстановление оксидов циркония и ниобия. В работе применяли термодинамическое моделирование металлотермических реакций, дифференциально-термический (DTA) и рентгено-фазовый (РФА) анализы. Выполненное исследование может служить научной основой для разработки перспективных металлотермических технологий получения редкометалльных сплавов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

термодинамическое моделирование, алюминотермическое восстановление, сплав, цирконий, алюминий, ниобий, оксиды.

DOI: 10.7868/S023501061901002X

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

Структура и свойства Ni–Al сплавов в жидком состоянии

А. Г. Тягунов, Е. Е. Барышев, Г. В. Тягунов, К. Ю. Шмакова, В. С. Мушников

АННОТАЦИЯ

Исследованы структура и свойства жидких сплавов Ni–Аl в широком диапазоне температур. Анализ температурных зависимостей физико-химических свойств выявил явление гистерезиса, т.е. несовпадения политерм нагрева и охлаждения. Эта температура называется гистерезисом температуры. На базе квазихимической модели строения неравновесных расплавов предложена физическая модель структуры сплавов Ni–Аl. Установлено, что после плавления жидкий металл находится в неравновесном состоянии. В нем присутствуют как микрогруппировки типа NixAl с прочной связью Ni–Аl и ГЦК-подобной структурой и микрогруппировки с более слабыми связями Ni–Ni. После расплавления (выше температуры ликвидус) размеры и время жизни кластеров уменьшаются. Когда расплав нагрет выше критической температуры, то происходит разрушение кластеров типа NixAl. Расплав проходит от микронеоднородного состояния в равновесное.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

сплавы никель–алюминий, жидкое состояние, строение, свойства.

DOI: 10.7868/S0235010619010213

Формирование структуры и свойств многокомпонентных сплавов на основе железа в зависимости от условий затвердевания гидрированных расплавов

Р. М. Белякова, В. А. Полухин, Н. И. Сидоров.

АННОТАЦИЯ

Изучены закономерности поведения абсорбированного поверхностно активного элемента (п.а.э.) водорода на особенности формирования и структурирования фаз в многокомпонентных системах на основе железа: сталях, чугунах и сплавах группы “FINEMET”. Проведен анализ диффузионной активности элементов с адсорбированным на них водородом, проницаемость водорода, виды межатомных связей в результате взаимодействий элементов и их влияние на функциональные свойства получаемых изделий конструкционного назначения. Цель работы – установление характера межатомных связей адсорбированного на элементах многокомпонентных сплавов железа поверхностно активного водорода и его влияние на функциональные и эксплуатационные свойства металлоизделий в изменяющихся условиях их структуризации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

межатомные взаимодействия, виды связей, полиморфные фазовые переходы, водород, наноструктурированные фазы, феррит, графит, карбиды, строение и свойства матриц в изделиях.

DOI: 10.1134/S023501061805002X

Расчет спектра комбинационного рассеяния расплавленного хлорида кальция с помощью теории функционала плотности

Д. О. Закирьянов, Н. К. Ткачев.

АННОТАЦИЯ

Предлагается ab=initio подход, который позволяет рассчитывать характерные частоты спектра комбинационного рассеяния комплексов в составе расплавленных галогенидов вблизи температуры плавления. В рамках этого подхода структура расплавленной соли моделируется посредством оптимизации структуры наноразмерного кластера по энергии при использовании теории функционала плотности (функционал PBE) и базисных наборов гауссового типа. Показано, что парциальные функции радиальной атомной плотности, полученные в результате анализа положения атомов наноразмерного кластера, имеют характерный для ионных расплавов вид. Это свидетельствует о возможности применения нанокластера для описания структуры топологически неупорядоченных сред применительно к спектроскопическим задачам. Последовательно рассчитаны спектры различных возможных группировок ближайшего окружения кальций: Найдено, что наилучшее согласие с наблюдавшемся экспериментально при 161 см–1 пика дает восьмикоординированная группировка в составе нанокластера.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

хлорид кальция, DFT, спектроскопия комбинационного рассеяния.

DOI: 10.7868/S023501061805016X

Моделирование redox реакций в жидкостях с помощью молекулярной динамики с непостоянным полем сил

А. А. Расковалов, А. А. Латыпов.

АННОТАЦИЯ

В работе показано применение метода молекулярной динамики с непостоянным полем сил для изучения окислительно-восстановительных реакций в жидких (в том числе, расплавленных) средах. Метод применен к системе ионов, законы взаимодействия между которыми заданы короткодействующими парными потенциалами в функциональной форме Леннард-Джонса и Кулоновским потенциалом. Электронный перенос между парами донор-акцпептор осуществлялся по специальным алгоритмам. В ходе численных экспериментов показано, что концентрации взаимодействующих ионов в системе изменяются, достигая некоторого стационарного значения. Сравнение результатов вычислений с термодинамически ожидаемыми величинами показало, что разность собственных энергий ионов должна включать не только величину ЭДС реакции, но и дополнительные слагаемые. Показано, что стационарные концентрации продуктов взаимодействия зависят от температуры, концентрации ионов и радиуса иона-растворителя. Показано, что с помощью данного метода можно разделять электронный перенос между разными парами донор-акцептор. В ряде численных экспериментов было обнаружено поведение системы, аналогичное наличию “инвертированной области” Маркуса.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

молекулярная динамика с непостоянным полем сил, окислительно-восстановительные реакции, электронный перенос, расплав, теория Маркуса.

DOI: 10.1134/S0235010618060063