Термодинамическая устойчивость твердых растворов замещения на основе ОЦК железа в зависимости от его магнитного состояния. Первопринципное исследование

• Автор: Горбатов, Олег Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07, 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ТЕРМОДИНАМИКЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ОЦК Ее И

1.1. Равновесные свойства твердых растворов: распад и упорядочение

1.2. Экспериментальные данные о распаде твердых растворов замещения выше и ниже температуры Кюри

1.3. Модельные представления о магнитном вкладе в свободную энергию

1.4. Первопринципные исследования фазовых равновесий в магнитно-разупорядоченных сплавах

1.5. Постановка задачи исследования

Глава 2. МЕТОДЫ ПЕРВОПРИНЦИПНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СПЛАВОВ

2.1. Первопринципные методы

2.2. Моделирование неупорядоченных сплавов
2.3. Эффективные взаимодействия
2.4. Статистическое моделирование при конечных температурах
2.5. Выводы
Глава 3. РАСТВОРИМОСТЬ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОЦК Ее
3.1. Введение
3.2. Возмущения, вносимые примесями
3.3. Энергии растворения и смешения 3<7 элементов в ОЦК железе
3.4. Энергии взаимодействия между атомами легирующих
элементов в двойных системах
3.5. Расчет взаимодействий примесей замещения с вакансиями
3.6. Эффект магнитного упорядочения
3.7. Выводы
Глава 4. МАГНЕТИЗМА В ФОРМИРОВАНИИ БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА В БеД1 И Бе-А1 СПЛАВАХ
4.1. Экспериментальное исследование формирования ближнего порядка в Бе-Б! и Бе-А
4.2. Расчет энергий эффективных взаимодействий в Бе-Б! и Бе-А1 . .
4.3. Моделирование формирования ближнего порядка
4.4. Механизм стабилизации ближнего порядка в Бе-81 при закалке .
4.5. Выводы
Глава 5. РАСПАД В СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ Бе-Сч
5.1. Влияние нановыделений Си на прочностные свойства сталей
5.2. Энергия растворения Си в ОЦК железе: магнитный и вибрационный вклады
5.3. Расчет энергий межатомных взаимодействий в Бе-Си
сплавах для различных магнитных состояний
5.4. Моите-Карло моделирование первоначальных стадий
выделений меди в Бе-Си сплавах
5.5. Влияние магнетизма на выделения меди в ОЦК железе
5.6. Выводы
Заключение
Список работ автора
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. Современные материалы часто представляют собой многокомпонентные сплавы, свойства которых определяются их фазовым и структурным строением, сформированным в результате предшествующей термомеханической обработки. Поэтому проблема управления структурным состоянием занимает важное место в общей стратегии разработки новых материалов [1].
Фазовые превращения, происходящие при изменении температуры, имеют большое значение в современной технологии получения сталей с заданными свойствами. Процессы распада пересыщенных твердых растворов и выделения избыточных фаз занимают особое место среди других фазовых превращений, поскольку именно эти процессы происходят во время заключительных операций термической обработки, формирующих эксплуатационные свойства сталей [2]. При этом процессы распада протекают при температурах, при которых магнитное состояние не является полностью магнитно-упорядоченным.
Эксперимент свидетельствует о существенной роли магнитного состояния матрицы в фазовом равновесии сплавов на основе ОЦК Ре (см. обзор [3]). Влияние магнитного состояния на термодинамические характеристики было рассмотрено в рамках феноменологических подходов в работах К. Зенера [4], Г. Индена [5] и М. Хиллерта [6], что получило дальнейшее развитие в термодинамических моделях, пригодных для практического применения (САЬРНАБ [7]).
Традиционные подходы, базирующиеся на принципах равновесной термодинамики, ограничены в своих возможностях, так как не позволяют описывать термодинамические неравновесные состояния и ответить на вопросы о размерах выделений, причинах появления той или иной морфологии выделяющихся фаз, когда определяющую роль играют кинетические фак-

системы для многоэлектронной задачи был предложен Хонебергом и Коном [60,61] — это теория функционала плотности, которая основывается на предположении о том, что параметры основного состояния являются однозначным функционалом электронной плотности системы, и полная энергия в основном состоянии минимальна. Это позволяет сконструировать полную энергию как функционал Е[р(т)] электронной плотности для многоэлектронной системы. Этот функционал для взаимодействующих электронов в некотором внешнем потенциале обычно записывается следующим образом:
Е[р( г)] = Д[р(г)] +1 <13гУех1(г)р(г), (2.5)
где функционал ,Р[р(г)] универсален, в том смысле, что он не зависит от Уей(г). Используя вариационный принцип для поиска минимума функционала, можно найти энергию основного состояния и соответствующую электронную плотность системы во внешнем потенциале.
Энергия основного состояния является однозначным функционалом электронной плотности, однако аналитически невозможно найти точную форму этого функционала. Для решения этой проблемы была предложена схема Кона-Шэма. Основной идеей данного метода было предположение, что для любой взаимодействующей системы существует локальный одночастичный потенциал 14//(г), такой, что плотность электронов р(г) в основном состоянии взаимодействующей системы равна электронной плотности основного состояния рДг) системы невзаимодействующих частиц. Другими словами, электронная плотность системы с взаимодействующими частицами может быть также представлена как система невзаимодействующих частиц с некоторым неизвестным эффективным одночастичным потенциалом 14//(г). Для системы из N невзаимодействующих частиц, описываемых уравнением Шредингера:
[-V2 + 14//(г)_|^(г) = б^(г), (2.6)