Точная эмпирическая формула определения плотности жаропрочных никелевых сплавов

Д.А. Тарасов ORCID logo , О.Б. Мильдер ORCID logo , А.Г. Тягунов ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена 01 марта 2021; Принята 13 апреля 2021;
Цитирование: Д.А. Тарасов, О.Б. Мильдер, А.Г. Тягунов. Точная эмпирическая формула определения плотности жаропрочных никелевых сплавов. Письма о материалах. 2021. Т.11. №2. С.192-197
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-2-192-197

Аннотация

Медиана –0.0011, среднее –0.0010, макс. 0.2135, мин. –0.1775, среднеквадратичное отклонение 0.0705.Плотность вещества является одной из его основных физических характеристик. Особенно это касается материалов, использующихся в авиации, где масса каждого элемента конструкции должна по возможности минимизироваться. При разработке новых конструкционных материалов, например, жаропрочных никелевых сплавов, широко применяющихся при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, чрезвычайно важно иметь надежный и точный метод оценки плотности разрабатываемого материала. До настоящего времени не предложено единого метода расчета плотности жаропрочных никелевых сплавов. В работе проводится обзор имеющихся подходов к оценке плотности сплавов и предлагается новая формула, позволяющая с высокой точностью рассчитать плотность сплава на основании информации о его составе. Предложенный подход учитывает пространственную ГЦК-структуру жаропрочных никелевых сплавов, а также молярную массу и молярный объем элементов, составляющих сплав. Для проверки точности расчетов была собрана база данных из 69 жаропрочных никелевых сплавов, содержащая информацию о составе сплавов и их известной плотности. По предложенной формуле, а также при помощи некоторых других известных подходов были рассчитаны плотности сплавов из базы данных. Результаты расчетов показали, что предложенная методика обеспечивает наилучшую точность из всех рассмотренных: среднеквадратичное отклонение расчетных значений от реальных по всей выборке составило 0.1 %, средние значения и медианы практически совпадали. Кроме того, ошибки расчета распределены нормально и имеют среднее значение −0.0001. Существующие методы дают минимальную ошибку 1.2 %, таким образом, предложенный подход приблизительно на порядок улучшил точность расчета плотности жаропрочных никелевых сплавов, что является существенным результатом как с точки зрения общенаучного подхода, так и с точки зрения инженерной практики. С учетом полученных результатов, предложенная формула может быть широко использована при разработке новых и модификации существующих жаропрочных никелевых сплавов.

Ссылки (22)

1. O. G. Ospennikova. Aviation Materials and Technologies. 1 (40), 3 (2016). (in Russian) [О. Г. Оспенникова. Авиационные материалы и технологии. 1 (40), 3 (2016).]. Crossref
2. N. V. Petrushin, E. S. Elyutin, A. V. Korolev. Proceedings of the conference Fundamental and Applied Research in the Field of Creation of Cast Heat-Resistant Nickel and Intermetallide Alloys and High-efficiency Technologies for Manufacturing Garment Parts. Moscow (2017) p. 235. (in Russian) [Н. В. Петрушин, Е. С. Елютин, А. В. Королев. Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей газотурбинных двигателей. Москва (2017) с. 235.].
3. O. A. Bazyleva, E. G. Arginbaeva, A. V. Shestakov. Proceedings of the conference Fundamental and Applied Research in the Field of Deformable and Casting Intermetallic Alloys Based on Titanium and Nickel. Moscow (2018) p. 28. (in Russian) [О. А. Базылева, Э. Г. Аргинбаева, А. В. Шестакова. Сборник конференции Фундаментальные и прикладные исследования в области деформируемых и литейных интерметаллидных сплавов на основе титана и никеля. Москва (2018) с.28].
4. A. A. Ganeev, V. V. Smirnov, V. I. Nikitin. Metallurgy of Mechanical Engineering. 1, 42 (2020). (in Russian) [А. А. Ганеев, В. В. Смирнов, В. И. Никитин. Металлургия машиностроения. 1, 42 (2020).].
5. A. V. Logunov, Y. N. Shmotin, S. A. Zavodov, I. A. Leshchenko, D. V. Danilov, I. I. Khryashchev, A. M. Mikhaylov, A. E. Semin, M. A. Mikhaylov. Inorg. Mater: Applied Research. 7 (4), 564 (2016). Crossref
6. A. V. Logunov, I. A. Leshchenko, D. V. Danilov, I. I. Khryashchev. Journal of International Scientific Publications. 10, 58 (2016).
7. L. Zhang, Z. Huang, Y. Pan, L. Jiang. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 27 (6), 065002 (2019). Crossref
8. Y. Jiang, Y.-A. Chien, C.-Y. Chen, T.-F. M. Chang, M. Sone. ECS Meeting Abstracts. MA2020-02, 1457 (2020). Crossref
9. D. E. Hooks, M. McBride, J. Stull, D. R. Johnson, E. Dervishi, R. L. Edwards. ECS Meeting Abstracts. MA2020-01, 1220 (2020). Crossref
10. F. Xiao, K. Mukai, L. Fang, Y. Fu, R.-H. Yang. T. Nonferr. Metal. Soc. 16 (6), 1263 (2006). Crossref
11. A. G. Tyagunov. Bulletin of the South Ural State University. Metallurgy Series. 16 (4), 16 (2016). (in Russian) [А. Г. Тягунов. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия Металлургия. 16 (4), 16 (2016).].
12. A. G. Tyagunov, E. E. Baryshev, G. V. Tyagunov, K. Yu. Shmakova, V. S. Mushnikov. Melts. 1, 24 (2019). (in Russian) [А. Г. Тягунов, Е. Е. Барышев, Г. В. Тягунов, К. Ю. Шмакова, В. С. Мушников. Расплавы. 1, 24 (2019).].
13. R. C. Reed. The Superalloys: Fundamentals and Applications. Cambridge University Press (2006) 372 p. Crossref
14. Y. Akahama, Y. Fujimoto, T. Terai, T. Fukuda, S. Kawaguchi, N. Hirao, Y. Ohishi, T. Kakeshita. Mater. Trans. 61, 1058 (2020). Crossref
15. B. G. Livshits, V. S. Kraposhin, Ya. L. Linetskiy. Physical Properties of Metals and Alloys. Metallurgiya. Moscow. (1980) 318 p. (in Russian) [Б. Г. Лившиц, В. С. Крапошин, Я. Л. Линецкий. Физические свойства металлов и сплавов. Москва, Металлургия (1980) 318с.].
16. Web page: https://periodictable.com.
17. N. V. Petrushin, I. A. Ignatova, L. A. Dyachkova. Metal Science and Heat Treatment. 9, 25 (1991). (in Russian) [Н. В. Петрушин, И. А. Игнатова, Л. А. Дьячкова. Металловедение и термическая обработка металлов. 9, 25 (1991).].
18. A. V. Logunov, Yu. N. Shmotin, D. V. Danilov. Metal Technology. 7, 3 (2014). (in Russian) [А. В. Логунов, Ю. Н. Шмотин, Д. В. Данилов. Технология Металлов. 7, 3 (2014).].
19. R. Parsons, K. Ono, Z. Li, H. Kishimoto, T. Shoji, A. Kato, M. R. Hill, K. Suzuki. J. All. Compd. 859, 157845 (2020). Crossref
20. A. A. Glotka, S. V. Haiduk. Science and progress to transport. 2 (80), 91 (2019). (in Russian) [А. А. Глотка, С. В. Гайдук. Наука та прогрес транспорту. 2 (80), 91 (2019).].
21. Web page: https://www.handymath.com/calculators.html.
22. F. C. Hull. Met. Prog. 5 (96), 139 (1969).

Другие статьи на эту тему