Аркулис М.Б., Велюс Л.М., Цейтлин М.Н., Логунова О.С. Математическая модель и результаты вычислительного эксперимента при исследовании влияния магнитного поля на образование областей ближнего порядка в металлических расплавах - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

Целью исследования является теоретическое обоснование процесса образования зародышей кристаллитов в жидком чугуне. Для решения поставленной задачи авторами рассматривается образование некоторого объема V0 жидкости как результат действия принципа стационарности энергии этого объёма. Выдвинута флуктуационная гипотеза: области ближнего порядка образуются в объёме жидкости (металлического расплава) за счет флуктуаций температуры, и температура области ближнего порядка есть в течение времени кристаллизации флуктуация температуры вблизи нуля по шкале Кельвина. После образования области ближнего порядка происходит выравнивание температуры области и жидкости. Исследования проведены для вещества в жидком состоянии, в частности для чугуна в парамагнитном состоянии при температуре плавления. Приведен аналитический вывод значения флуктуации температуры. Определена средняя флуктуация температуры расплава и количество атомов в области ближнего порядка для чугуна. Получены выражения для определения среднего количества атомов в области ближнего порядка для кристаллизующегося чугуна. Для получения закономерности использованы методы статистической физики, теории вероятности и математической статистики. Определена добавочная энергия при импульсном воздействии магнитного поля на расплав. Результаты исследования показали, что области ближнего порядка содержат достаточно большое количество атомов для того, чтобы взаимодействие с импульсным магнитным полем приводило к увеличению числа зародышей кристаллов и уменьшению их размеров. Полученные результаты применимы для принятия решений по проведению технологических мероприятий, направленных на получение однородной структуры металлов, в частности в черной и цветной металлургии.

Ключевые слова

Математическая модель флуктуации, кристаллизация металлических расплавов, импульсное магнитное поле, область ближнего порядка, энергия теплового движения.

Аркулис Михаил Борисович – канд. пед. наук, доц. каф. физики, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия.

Велюс Лев Матвеевич – канд. техн. наук, доц., г. Магнитогорск, Россия.

Цейтлин Михаил Невахович – д-р техн. наук, доц., с.н.с., руководитель лаборатории по выращиванию кристаллов, каф. физики, Ариэльский университет, г. Ариэль, Израиль.

Логунова Оксана Сергеевна – д-р техн. наук, проф., зав. каф. вычислительной техники и программирования, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7006-8639

1. Yajchikov I.M., Devyatov D.Kh., Logunova O.S., Portnova I.V. Investigating the macrokinetics of the process of metal reduction from its oxides with the use of the pulsing plasma jets // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenij. Chernaya Metallurgiya. 2002. № 7. P. 17-19.

2. Kolokoltsev V.M., Vdovin K.N., Mayorova T.V., Ponomareva O.S. Ecological indicators in the system of non-financial reporting at industrial enterprises // CIS Iron and Steel Review. 2017. doi: 10.17580/cisisr.2017.01.01

3. Vdovin K.N., Pivovarova K.G., Lisovskaya M.A. The Use of Thermal Analysis to Study the Structure and Properties of Roll Steels // Metal Science and Heat Treatment. 2014. № 6. P. 22-25.

4. Chukin M., Polyakova M., Gulin A., Nikitenko O. The possibility of manufacturing long-length metal products with ultra-fine grain structure by combination of strain effects // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 685. P. 487-491. doi: 10,4028 / www.scientific.net / KEM.685.487.

5. Аркулис М.Б., Велюс Л.М., Савченко. Ю.И. К вопросу управления процессом кристаллизации чугуна импульсным магнитным полем // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 3. С. 66-68.

6. Petrik M.V., Gorbatov O.I., Gornostyrev Yu.N. Role of Magnetism in the Formation of a ShortRange Orderin an Fe-Ga Alloy // JETP Letters. 2013. Vol. 98. No. 12. P. 809-812.

7. Petrik M.V., Gorbatov O.I. and Gornostyrev Yu.N. Effect of Magnetism on the Solution Energy of 3p(Al, Si) and 4p(Ga, Ge) Elements in Iron // The Physics of Metals and Metallography. 2013. Vol. 114. No. 11. P. 885-892.

8. Левич В.Г. Курс теоретической физики. М.: Наука, 1969. Т. 1. С. 582-588.

9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Гостехиздат, 1951. С. 372.

10. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985. 512 с.

11. Черников Д.Г. Разработка физического способа модифицирования литейных алюминиевых сплавов магнитно-импульсной обработкой // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». 2009. Вып. № 2-3/274(560). С. 87-92.

12. О магнитно-импульсной обработке расплава силумина АК9Т / Глущенков В.А., Гречников Ф.В., Иголкин А.Ю., Никитин В.И., Никитин К.В. // Литейное производство. 2011. № 9. С. 8-11.

13. Левин М.Н., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Влияние импульсной магнитной обработки на кристаллизацию гибкоцепных полимеров // Высокомолекулярное соединение А. 2003. Т.45. № 2. С. 217-223.

14. Воздействие слабых импульсных магнитных полей на модифицированную древесину / Постников В.В., Левин М.Н., Матвеев Н.Н., Скориданов Р.В., Камалова Н.С., Шамаев В.А. // Письма в журнал технической физики. 2005. Т. 31. Вып. 9. С. 14-19.

15. Алексеенко В.И. Возможности влияния импульсного магнитного поля на структурные состояния в оксидном стекле // Журнал технической физики. 1998. Т. 68. № 10. С. 50-54.

16. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972. 360 с.

Подробности: Опубликовано: 29 декабря 2017 г.; Обновлено: 29 декабря 2017 г.; Просмотров: 1707