Исследование атомных механизмов структурных превращений вблизи границ зерен кручения в ГЦК металлах

• Автор: Мартынов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И ДИФФУЗИОННЫХ СВОЙСТВАХ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
1.1. Классификация и структура границ зерен
1.2. Современные представления о диффузии по границам зерен
1.3. Динамика структуры вблизи границ зерен в условиях деформации
1.4. Постановка задачи
II. ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ
2.1. Метод молекулярной динамики
2.2. Основные аспекты и проблемы моделирования методом молекулярной динамики
2.3. Обоснование выбора потенциалов межатомного взаимодействия
2.4. Построение компьютерной модели. Основные визуализаторы и параметры диффузии
III. СТРУКТУРА И ЭНЕРГИЯ ГРАНИЦ КРУЧЕНИЯ В ГЦК МЕТАЛЛАХ
3.1. Структура границ кручения
3.2. Энергия границ кручения
3.3. Точечные дефекты в границах кручения
IV. САМО ДИФФУЗИЯ ПО ГРАНИЦАМ КРУЧЕНИЯ В ГЦК МЕТАЛЛАХ
4.1. Характеристики самодиффузии по границам кручения
4.2. Вклад точечных дефектов в самодиффузию по границам кручения в условиях термодинамического равновесия
4.3. Механизм диффузии по границам кручения

V. САМОДИФФУЗИЯ ПО ГРАНИЦАМ КРУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ
ДЕФОРМАЦИИ
5Л. Поведение бикристаллов с границей кручения в условиях одноосной
деформации в модели с жесткими граничными условиями
5ЛЛ. Зависимость коэффициента самодиффузии по границам
кручения от величины одноосной деформации
5Л.2. Пластическая деформация бикристалла в модели с жесткими
граничными условиями
5.2. Поведение бикристаллов с границей кручения в условиях одноосной деформации в модели с комбинированными свободно-жесткими граничными условиями
5.2.1. Поведение бикристалла при деформации вдоль оси X в модели со свободно-жесткими граничными условиями
5.2.2. Поведение бикристалла при деформации вдоль оси У в модели со свободно-жесткими граничными условиями
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Важнейшими структурными дефектами металлических материалов, обуславливающими многие их физико-механические свойства, являются границы зерен. Границы зерен оказывают определяющее влияние на прочность, пластичность, ползучесть, на процессы разрушения, плавления, диффузии, рекристаллизации и прочие. Несмотря на большое число исследований границ зерен, в настоящее время остается ряд вопросов, касающихся как структуры границ, так и структурных изменений вблизи них в процессе температурно-силовых воздействий.
Границы зерен по положению оси разориентации делятся на два типа, представляющих собой крайние случаи: границы наклона и кручения. В случае границ наклона ось разориентации, то есть ось, вокруг которой одно кристаллическое зерно повернуто относительно другого, лежит в плоскости границы. В случае границ кручения - ось разориентации перпендикулярна этой плоскости. В действительности, границы зерен в поликристаллах могут содержать оба компонента: наклона и кручения. Такие границы называются смешанными. Более изученными, как с точки зрения атомной структуры, так и с точки зрения процессов, происходящих с их участием, являются границы наклона. Большинство работ, посвященных границам зерен, относятся именно к таким границам. Относительно границ кручения информации в литературе существенно меньше.
Структура границ описывается с помощью различных моделей. При малых углах разориентации удобнее пользоваться дислокационной моделью -граница зерен представляется в виде периодически расположенных дислокаций (дислокационной стенки или сетки). При повышении угла разориентации расстояние между ядрами дислокаций уменьшается, и при некотором значении угла ядра дислокаций сливаются друг с другом. Границы, имеющие угол разориентации больше этого значения, называются большеугловыми и описываются уже с использованием других структурных

границ зерен с линейными и точечными дефектами [19]. Кроме того, в работе [102] утверждается, что границы зерен могут выступать не только в роли барьеров, но и источников, стоков и мест аннигиляции дислокаций.
В последнее время все большее внимание уделяется материалам с очень малым размером зерен - ультрамелкозернистым материалам. К ним относятся субмикрокристаллические со средним размером зерен около 100 нм и нанокристаллические с размером зерен порядка нескольких десятков нанометров [103]. Их получают путем интенсивной пластической деформации [45, 103], конденсацией из газовой фазы [105]. Повышенный интерес к ним связан с их уникальными физико-механическими свойствами. Они имеют высокие прочностные свойства, более пластичны, чем обычные поликристаллы, обладают уникальными тепловыми и магнитными свойствами, относительно высоким коэффициентом самодиффузии и т.д. [103, 105, 107, 108]. Наличие этих свойств обусловлено, в первую очередь, высокой плотностью границ зерен и тройных стыков в ультрамелкозернистых материалах, а также высокой долей неравновесных границ зерен [103, 106].
Роль границ зерен при упрочнении и разрушении поликристалла является одним из наиболее давних и сложных вопросов материаловедения. С одной стороны, границы зерен могут способствовать разрушению материалов (при высоких температурах), с другой стороны, могут увеличивать его прочностные свойства (при достаточно низких температурах) [102]. Модели деформационного упрочнения можно отнести к двум основным типам: к моделям торможения дислокаций возрастающими полями внутренних напряжений и к моделям исчерпания источников подвижных дислокаций [2]. В работе [109] показано, что в фасетированной границе дислокации расположены так, что взаимная экранировка их полей напряжений существенно ослаблена. Как следствие, такая граница является источником дальнодействующих полей напряжений, что, в частности, обеспечивает эффективную релаксацию внутренних напряжений в материале. Согласно