Создание упорядоченных гексагональных дендритных структур в никелевых сплавах

Доклад профессора Хунбяо Дуна в рамках серии семинаров Уорикской группы по производству, организованной Пракашем Шрирангамом. Дендриты — это основные микроструктурные элементы, образующиеся при затвердевании металлических сплавов. В сплавах, затвердевших направленно, масштаб и регулярность этих дендритных узоров сильно влияют на конечные механические свойства материала. Для более точного измерения этих узоров мы разработали метод машинного обучения с учителем, называемый методом определения расстояния между первичными дендритами, ограниченного формой. Этот метод автоматически и быстро количественно определяет локальное расстояние между первичными дендритными ветвями и общий порядок упаковки непосредственно по микроструктурным изображениям, предлагая универсальную основу для анализа структур, затвердевших направленно. Объединив этот метод, основанный на изображениях, с моделированием дендритов в растворе, мы исследовали, как гексагонально упорядоченные массивы дендритов соответствуют почти стационарному росту вершины при однородном составе жидкости. Наши результаты показывают, что допустимый диапазон расстояния между первичными дендритами зависит от локальных изменений скорости роста и от того, насколько хорошо структура адаптируется к термическим и композиционным градиентам. Сравнительный анализ поперечного сечения дендритов с использованием квадратной и гексагональной упаковок показывает, что гексагональные массивы легче регулируют локальное расстояние между дендритами, чем квадратные. Эта адаптивность обусловлена улучшенным развитием вторичных ветвей и ветвлением от третичных к первичным. В результате гексагонально упакованные массивы дендритов естественным образом обеспечивают более тонкое первичное расстояние. Эти данные предлагают четкую физическую дорожную карту для производства: технологические методы или методы затравки, способствующие образованию гексагонально упорядоченных, плотно упакованных массивов дендритов, позволяют достичь более тонкого расстояния. В конечном итоге это уменьшает химическую сегрегацию, снижает риск дефектов зерен и сокращает необходимое время термообработки. Профессор Хунбяо Дун, FREng, — выдающийся инженер, внесший новаторский и значительный вклад в моделирование процесса затвердевания, а также в свою работу в университете. Он занимает должность профессора материаловедения в Бирмингемском университете, занимая кафедру, посвященную 125-летию университета. Он всемирно известен своими работами по моделированию процессов затвердевания и их применению в металлургии, а также внес уникальный вклад в металлургическую промышленность. Его работы нашли применение в различных секторах, включая аэрокосмическую отрасль (Rolls-Royce), энергетику (Институт сварки) и металлургию (Институт обработки материалов). Он сыграл ключевую роль в установлении международных партнерских отношений между Великобританией и Китаем, Индией и Южной Африкой.