УдГУ
На обложку | Главный сайт | Официальная информация | Сведения об образовательной организации | Абитуриентам | Наука | Инжиниринговый центр | Научные школы УдГУ | Научные конференции УдГУ | Международная деятельность | История УдГУ | English version | Финно-угорский НОЦ | Газета Удмуртский университет | Профсоюз работников УдГУ
Пользовательского поиска
Министерство образования и науки Российской Федерации Единое окно доступа к образовательным ресурсам Федеральный портал Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов

Высокоскоростная кристаллизация перитектических сплавов в условиях электромагнитного перемешивания (шифр: «Перитектика»)

Название международного научного проекта

Высокоскоростная кристаллизация перитектических сплавов в условиях электромагнитного перемешивания (шифр: «Перитектика»)

Цель проекта

Проведение космического эксперимента на борту Международной космической станции в 2014–2015 гг с целью разработки новых магнитных и жаропрочных материалов. Проект введен в «Долгосрочную программу космических исследований РФ до 2020 г».

Период выполнения

2012–2015 гг.

Состав исполнителей

  1. Удмуртский государственный университет, РФ.
  2. Институт материалов для космоса Немецкого аэрокосмического центра, Германия
  3. Институт новых материалов, Дрезден, Германия.
  4. Католический университет Лёвена, Бельгия.
  5. Университет Гринвича, Великобритания.
  6. Туфтский университет, США.
  7. Массачусетский университет, США.

Финансирование

  1. Российское космическое агентство.
  2. Европейское космическое агентство.
  3. Национальное космическое агентство США.

Руководитель российской части проекта

Кривилев М.Д., зав. лабораторией физики конденсированных сред физико-энергетического факультета УдГУ.

Содержание проекта

Заявляемый проект посвящен изучению формирования и кристаллического роста стабильных и метастабильных фаз при высокоскоростной безтигельной кристаллизации металлических сплавов [1]. В проекте будет изучено влияние [2] конвективного перемешивания расплава на отбор фаз и кристаллическое структурообразование при фазовых превращениях в перитектических сплавах на основе железа и тройных сплавов титан-алюминий-ниобий, имеющих важное практическое применения [3,4]. Целью исследований является создание технологии контроля фазово-структурных характеристик получаемых образцов за счет управления интенсивностью конвективного перемешивания расплава в переменном электромагнитном поле. Влияние конвекции на фазовые превращения и развитие микроструктуры было подтверждено предыдущими исследованиями [5] затвердевания образцов, переохлажденных ниже равновесной температуры кристаллизации, с использованием оборудования для электромагнитной левитации TEMPUS в условиях невесомости. Данные эксперименты [6,7] проводились для системы Fe-Co в рамках проекта MAGNEPHAS 2004–08 гг. Европейского космического агентства и для Fe-Cr-Ni в рамках КЭ STS-94, финансировавшегося НАСА.

Для проведения на борту МКС безтигельной плавки и кристаллизации образцов будет использоваться печь для электромагнитной левитации MSL-EML. Возможности указанной НА для достижения контролируемого уровня конвективного перемешивания расплава будут использованы для изучения влияния конвекции [8,9] на скорости зарождения и роста стабильных и метастабильных кристаллических фаз. Основным анализируемым параметром выступает время задержки между зарождением метастабильной фазы и последующим ее превращением в стабильную фазу в процессе высокоскоростной кристаллизации. С этой целью положение, морфология и скорость фронта затвердевания как стабильной, так и метастабильной фаз будут фиксироваться высокоскоростной видеокамерой. Выбор исследуемых сплавов мотивирован возможностью зарождения первичной метастабильной ОЦК фазы и последующим превращением в стабильную ГЦК фазу, которое наблюдается в сплавах железа с Ni, Co, Pt и Pd.

Методы исследования включают как подготовку и проведение КЭ на борту МКС с последующим анализом структуры полученных образцов, так и многостороннее теоретическое моделирование явлений переноса в кристаллизующемся расплаве и их влияния на зарождение и рост фаз [8,9,10]. Проект направлен на решение двух фундаментальных вопросов: «Каково влияние конвекции на формирование микроструктуры кристаллизующихся сплавов?» и «Каков эффект микрогравитации на временные и пространственные масштабы протекания процессов зарождения и роста?». Проект соответствует двум направлениям секции №2 КНТС Роскосмоса: «Процессы получения других материалов» и «Физика жидкости, явления переноса». Цели, задачи, методы, ожидаемые результаты и распределение работ между российскими и иностранными участниками проекта описаны в техническом задании на КЭ.

Перитектические сплавы относятся к одним из наиболее широко использующихся материалов в промышленном производстве. Следовательно, изучение механизмов кристаллизации подобных систем востребовано для разработки широкого класса изделий. Исследуемые в проекте сплавы Fe-(Ni, Co, Pt, Pd) широко используются для производства магнитомягких магнитных материалов [11]. Создание сплавов в данном классе позволит расширить спектр новых материалов с прогнозируемыми магнитными и электрическими свойствами при сохранении экономически обоснованной стоимости их производства. Вторая группа образцов — интерметаллические сплавы на основе Ti-Al-Nb — относится к жаропрочным легким соединениям, что перспективно при разработке новых конструкционных материалов в аэрокосмической отрасли, в частности, в производстве лопастей турбин и двигателей.

[1] D. M. Herlach, R. F. Cochrane, I. Egry, H.-J. Fecht, A. L. Greer: Int. Mater. Rev., 38 (1993), No. 6, 273–347.
[2] R. W. Hyers, D. M. Matson, K. F. Kelton, and J. R. Rogers: Annals of the New York Academy of Sciences 1027 (2004) 474–494.
[3] W. Löser, A. Garcia-Escorial, B. Vinet, Int. J. Non-Equil. Proc. 11 (1998) 89–111.
[4] O. Shuleshova, T. G. Woodcock, H.-G. Lindenkreuz, R. Hermann, W. Löser, and B. Büchner: Acta Mater. 55 (2007) 681–689.
[5] D. M. Matson, D. J. Fair, R. W. Hyers, J. R. Rogers: Ann. NY Acad. Sci., 1027 (2004) 435–446.
[6] W. Löser, R. Hermann, T. G. Woodcock, J. Fransaer, M. Krivilev, L. Gránásy, T. Pusztai, D. M. Herlach, M. Kolbe, D. Holland-Moritz, T. Volkmann, J. Of The Japan Society of Microgravity Application 25 (2008) 495–500.
[7] W. Löser, J. Fransaer, L. Granasy, D. M. Herlach, R. Hermann, D. Holland-Moritz, M. Krivilev, M. Kolbe, T. Volkmann, B. Gehrmann, J. Lindemann, E. Adar, S. Zhang, Nucleation and Phase Selection in Magnetic Alloys // In: Microgravity Application Programme — Successful Teaming of Science and Technology, Ed. By A. Wilson, ESA Publications Division, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands 2005, pp. 62–71.
[8] M. Krivilev and J. Fransaer, Proc. of EUROMAT- 2007.
[9] M. Krivilyov, J. Fransaer. Numerical simulation of unsteady flow inside an impulsively started liquid drop // In «Computational Fluid Dynamics 2006», eds. H. Deconinck, E. Dick, ISBN: 978–3-540–92778–5, Springer (2009), pp. 649–654.
[10] P. K. Galenko and M. D. Krivilyov, Modeling of a transition to diffusionless dendritic growth in rapid solidification of a binary alloy // Computational Materials Science, vol. 45(4) (2009), pp. 972–980.
[11] Преображенский А. А., Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы, М., 1972.

Научно-популярная статья о КЭ «Перитектика»
Яндекс.Метрика Система Orphus
© 1996–2014 Удмуртский государственный университет
426034 г. Ижевск, Университетская, 1, тел. (3412)68-16-10, 68-20-61
Разработка: ЦМиИТ Все телефоны УдГУ
RU-CENTER
Регистрация доменов и хостинг на www.nic.ru
Система Orphus