У роботі розроблено наукові принципи створення комп’ютерних моделей кристалізації і комп’ютерного термічного аналізу сплавів, з метою дослідження і визначення оптимальних технологічних режимів отримання виливків із заданими властивостями і створені комп’ютерні моделі для отримання виливків з алюмінієвих сплавів з необхідними структурою і властивостями. На основі сучасних уявлень про процеси зародження і росту кристалів, розроблено комп'ютерну модель кристалізації металевих сплавів при різних умовах охолодження і способах їх модифікації. Така система дає змогу розраховувати параметри кристалізації сплавів, визначати розмір зерна і розподіл елементів у литві. На прикладі кристалізації алюмінію і його сплавів, шляхом порівняння результатів моделювання і експериментальних даних, доведено адекватність створених комп’ютерних методів дослідження.
Дослідженнями, які виконані запропонованим методом з розробленою імітаційної моделлю, встановлено, що крива охолодження чистого алюмінію при швидкості охолодження 0,00025 град/с, має ділянку переохолодження і рекалесценцію температури при появі частинок твердої фази у рідкому металі. Це свідчить про те, що передкристалізаційний стан металу, який близький до рівноважного, стає нестійким при затвердінні виливка навіть за невеликих швидкостей охолодження. При малих швидкостях охолодження залежність кількості центрів кристалізації, що утворилися в розплаві, від часу N = f(t), монотонно зростає, а часова залежність швидкості їх утворення має екстремум. При збільшенні інтенсивності охолодження сплаву на залежності N = f(t) з'являються «сходинки», а часова залежність швидкості утворення часток твердої фази має кілька піків. Це свідчить про те, що центри кристалізації у розплаві виникають як на початку затвердіння металу, так і в кінці. При подальшому збільшенні швидкості охолодження на залежності N = f(t) з'являється багато «сходинок», а на залежності швидкості утворення часток твердої фази збільшується кількість піків з періодичною появою центрів кристалізації у розплаві.
Установлено, що при гомогенній кристалізації доевтектичних Al-Si сплавів, центри кристалізації твердого розчину на основі алюмінію з'являються протягом короткого часу, а механізм їх утворення аналогічний процесу кристалізації чистого алюмінію. Після завершення процесу утворення твердого розчину кристалізація евтектичної складової починається з появи центрів кристалізації у ній.
У доевтектичних сплавах системи Al-Cu, вміст міді в яких не перевищує її максимальної розчинності у твердому розчині на основі алюмінію і які охолоджуються зі швидкістю 5,0–6,67 град/с, центри кристалізації утворюються в два етапи. На початку кристалізації утворюється твердий розчин. На другому етапі у рідко-твердому сплаві перед твердою фазою також з'являються центри кристалізації.
Узагальнено інформацію про доцільність використання систем комп'ютерного термічного аналізу для вивчення процесів кристалізації і формування властивостей у сплавах. Визначено основні параметри її вимірювального каналу і оптимізовано алгоритми математичної обробки кривих охолодження сплавів на основі алюмінію.
Запропоновано методи дослідження процесів кристалізації чистого металу і бінарних сплавів, які дають змогу за кривими охолодження визначати співвідношення теплоти кристалізації до питомої теплоємності і кількість твердої фази у виливках у будь-який час їх затвердіння, що є подальшим розвитком теорії затвердіння металів і сплавів.
Складено алгоритм для визначення ступеня модифікування евтектики у ливарних алюмінієвих сплавах Al + (9,0–12,0)% Si і Al + (7,0–8,0)% Si + (0,4–0,5)% Mg з використанням системи комп'ютерного термічного аналізу їх розплавів.
Результати промислового випробування у виробничих умовах ДП «Металургія» (м. Київ) та ВАТ «Артеммаш» (м. Київ) підтверджують ефективність систем комп’ютерного термічного аналізу для експрес-аналізу стану алюмінієвих розплавів. Відомості про системи імітаційного моделювання кристалізації металів і сплавів включено у навчальний процес Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (м. Київ) та Сумського державного університету (м. Суми). Результати досліджень також доцільно використовувати у навчально-наукових програмах закладів вищої освіти для підготовки фахівців з ливарного виробництва, металургії і матеріалознавства.
