Анотація до роботи:

Кравець О.Л. Особливості процесів теплоперенесення та кристалізації при загартуванні металів з рідкого стану. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.07 – фізика твердого тіла. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2007.

У дисертаційній роботі представлені результати експериментальних досліджень та аналізу процесів теплоперенесення і кристалізації в тонких шарах металевих розплавів, що тверднуть на теплопровідній підкладці. За допомогою чисельних рішень системи рівнянь теплопровідності та розробленого рівняння кінетики масової кристалізації проведені дослідження термічних режимів загартування з розплаву, схильності металів і сплавів до переохолодження та аморфізації, кінетики росту кристалів на стадії масової кристалізації, а також особливостей формування структури в умовах конкуренції декількох поліморфних модифікацій металів.

Отримані співвідношення для визначення швидкості охолодження за товщиною шару розплаву, встановлено взаємозв’язок схильності металів до переохолодження і аморфізації, розраховані ймовірніші розміри кристалів у продуктах загартування з рідкого стану та їхні залежності від швидкості охолодження. Показано, що результати модельних розрахунків добре узгоджуються з відповідними експериментальними даними.

Експериментально встановлено, що в структурі швидкозагартованих фольг La, Ce та Nd фіксується метастабільна модифікація з семишаровою гексагональною граткою і послідовністю укладання атомних шарів АВСАВАС… Запропоновані механізми політипних перетворень, що призводять до формування цих фаз, обґрунтованість котрих підтверджена результатами моделювання кінетики кристалізації Nd з участю двох рівноважних і метастабільної модифікацій.

1. За допомогою чисельних рішень системи рівнянь теплопровідності та розробленого рівняння кінетики масової кристалізації проведені дослідження термічних режимів загартування з розплаву, схильності металів і сплавів до переохолодження та аморфізації, кінетики росту кристалів на стадії масової кристалізації, а також особливостей формування структури в умовах конкуренції декількох поліморфних модифікацій металів.

2. Порівнянням результатів розв’язання теплової задачі з набором відповідних експериментальних даних одержані співвідношення між швидкістю охолодження u_m і товщиною шару розплаву l в інтервалі значень l, від 10^-2 до 10³ мкм, що використовують на практиці.

   3. Для низки чистих металів з істотно різними теплофізичними властивостями (Al, Ni, Cu, Ag) виконано розрахунки переохолодження в залежності від режиму загартування з розплаву. Показано, що розраховані значення DТ_– для різних металів і характер їх залежності від u_m корелюють з експериментальними оцінками переохолоджень.

      4. Досліджено умови некристалічного твердіння при загартуванні перелічених металів з рідкого стану і встановлено що найбільшу схильність до аморфізації має Ni, а найменшу Al. Цей висновок, як і чисельне значення критичної швидкості охолодження, необхідної для пригнічення кристалізації нікелю (u_с=9,410⁹ К/с), добре узгоджується з відповідними експериментальними даними.

         5. На прикладі Al та сплаву Fe₈₀B₂₀ проілюстровано можливість використання розробленої моделі кінетики масової кристалізації для вивчення кінетики росту кристалів та характеру їх розподілу за розмірами. Показано, що подрібнення кристалічної структури при зростанні швидкості охолодження зумовлене зростанням відносного часу тривалості процесу зародження, а розраховані залежності ймовірніших розмірів кристалів від швидкості охолодження добре узгоджуються з результатами теоретичних та експериментальних досліджень.

            6. Експериментально встановлено, що в швидкозагартованих фольгах легких лантаноїдів (La, Ce, Nd) товщиною менше 60 мкм, поряд з рівноважними модифікаціями металів (b-La, g-Ce, a-Nd) фіксується метастабільний структурний політип (m-La, Ce, Nd), який має семишарову гексагональну гратку 7R з послідовністю укладання атомних шарів АВСАВАС… Наведено ймовірні механізми формування m-фаз шляхом накопичення та впорядкування дефектів пакування у щільноупакованих ГЦК та ПГК гратках рівноважних фаз в умовах загартування з розплаву.

               7. Запропоновано оригінальну модель кінетики багатофазної кристалізації за допомогою якої розглянуті процеси формування двох рівноважних і однієї метастабільної модифікацій неодиму при загартуванні з рідкого стану. Досягнуто добре узгодження результатів розрахунків з експериментальними даними при фізично коректних значеннях параметрів моделі.

Публікації автора:

1. Лысенко А.Б., Борисова Г.В., Кравец О.Л. Расчет скорости охлаждения при закалке сплавов из жидкого состояния // ФиТВД. – 2004. – т.14, № 1. – С.44-53

2. Лисенко О., Кравець О., Губарєв С. Дослідження динаміки охолодження під час загартування сплавів з рідкого стану // Вісник Львів. ун-ту. – 2005. – вип.38. – С.135-146

3. Lysenko A.B., Kravets O.L., Lysenko A.A. Structure of lanthanum prepared by quenching from a liquid state // Crystallography Reports. – 2005. – vol.50, №7. – P.S10-S15

4. Лысенко А.Б., Борисова Г.В., Кравец О.Л. Структура и механизм образования метастабильных политипов легких редкоземельных элементов // ФиТВД. – 2005. – т.15, №2. – С.96-104

5. Borisova G.V., Lysenko A.B., Korovina N.A., Kravets O.L., Lysenko A.A. Amorhing of alloys by laser glass glazing of surface // Proceedings of the Second International Conference: Laser Technologies in Welding and Materials Processing. – Kiev, 2005. – P. 73-75

6. Lysenko A.B., Borisova G.V., Kravets O.L., Lysenko A.A. Conditions for the formation and the structure of a metastable cerium modification // Physics of Metals and Metallography. – 2006. – vol.101, №5. – P.484-490

7. Лисенко О., Кравець О., Губарєв С. Моделювання процесів теплопереносу в умовах загартування сплавів з рідкого стану // Матеріали Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика – 2003”. – Львів: Львівський нац. ун-т ім. І. Франка, 2003. – С.113

8. Лисенко О.Б., Кравець О.Л., Мастаншоєва Ю.А. Умови пригнічення кристалізації при загартуванні металів з рідкого стану // Матеріали Відкритої Всеукраїнської конференції молодих вчених та науковців „Сучасні питання матеріалознавства”. – Харків: „Інститут монокристалів” НАН України, 2003. – С.88

9. Лисенко О., Кравець О., Бабошко М. Кінетика кристалізації в умовах загартування металів з рідкого стану // Матеріали Міжнародної конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика – 2004”. – Львів: Львівський нац. ун-т ім. І. Франка, 2004. – С.152

10. Лисенко О.Б., Кравець О.Л. Дослідження умов пригнічення кристалізації при загартуванні з рідкого стану // Матеріали Міжнародної науково-методичної конференції „Проблеми математичного моделювання”. – Дніпродзержинськ: Дніпродзержинський держ. техн. ун-т, 2004. – С.84-85

11. Лысенко А.Б., Кравец О.Л., Лысенко А.А. Метастабильные политипы легких лантаноидов, фиксируемые закалкой из жидкого состояния // Материалы XI Национальной конференции по росту кристаллов „НКРК – 2004”. – Москва: Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, 2004. – С.107

12. Кравець О., Лисенко О. Структура неодиму, отриманого загартуванням з рідкого стану // Матеріали Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної й експериментальної фізики „Еврика – 2005”. – Львів: Львівський нац. ун-т ім. І. Франка, 2005. – С.118-119

13. Кравец О.Л., Климарчук Л.П. Изучение влияния технологических факторов на величину скорости охлаждения с помощью моделирования процесса закалки сплавов из жидкого состояния // Матеріали VII Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції „Людина і космос”. – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2005. – С.325

14. Кравец О.Л., Лысенко А.Б. Кинетика кристаллизации тонких слоев расплава, охлаждающихся на теплопроводящей подложке // Материалы Международной конференции „Современное материаловедение: достижения и проблемы” (MMS-2005). – Киев: Институт проблем материаловедения им. Францевича НАНУ, 2005. – С.99-100

15. Стрелец С.Ю., Лысенко А.Б., Кравец О.Л. Моделирование процессов кристаллизации при закалке из жидкого состояния // Матеріали VIII Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції „Людина і космос”. – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2006. – С.236

16. Кравец О.Л., Лисенко А.Б., Борисова Г.В. Моделирование процессов формирования структуры при закалке металлов из жидкого состояния // Компьютерное материаловедение и обеспечение качества: Материалы к 45-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов – МОК’45. – Одесса, 2006. – С.153

17. Лисенко О., Кравець О., Строчиков В. Дослідження кристалізації тонких фольг, загартованих з рідкого стану // Матеріали Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика – 2006”. – Львів: Львівський нац. ун-т ім. І. Франка, 2006. – С.А6

18. Лисенко О., Кравець О., Стрілець В. Моделювання кінетики росту кристалів швидкозагартованих металів // Матеріали Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика – 2006”. – Львів: Львівський нац. ун-т ім. І. Франка, 2006. – С.А54

19. Lysenko A.B., Kravets O.L., Lysenko A.A. Microstructure modeling of metals quenched from liquid state // Program and abstracts of papers for the joint conference “Computer Technology in welding and manufacturing” 16^th International Conference & “Mathematical modeling and information technologies in welding and related processes” 3^rd International Conference. – Kiev: E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, 2006. – P.95

20. Лысенко А.Б., Кравец О.Л., Лысенко А.А. Моделирование процессов роста кристаллов в условиях закалки из жидкого состояния // Материалы XII Национальной конференции по росту кристаллов „НКРК – 2006”. – Москва: Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, 2006. – С.147