Компьютерное моделирование симметричных границ зерен в сплаве Ni3Al

• Автор: Харина, Евгения Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 236 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. СТРУКТУРА ГРАНИЦ ЗЕРЕН И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ В КОНТЕКСТЕ ИСТОРИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

1.1. Подходы к классификации границ зерен

1.2. Влияние межзеренных границ на деформационное

поведение материалов

1.3. Экспериментальное и теоретическое развитие

представлений о зернограничной диффузии

1.4. История и современные достижения методов

компьютерного моделирования в физических экспериментах

II. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Обоснование выбора потенциалов межатомного взаимодействия
2.2. Построение потенциалов межатомного взаимодействия
в сплаве №3А1 и их апробация
2.3. Методика построения расчетного блока сплава №3А
с симметричной границей зерен наклона
2.4. Набор применяемых визуализаторов
2.5. Методика расчета количественных параметров
процесса диффузии
III. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМОВ ДИФФУЗИИ ВБЛИЗИ СИММЕТРИЧНЫХ И НЕСИММЕТРИЧНЫХ ГРАНИЦ ЗЕРЕН В СПЛАВЕ №3А
3.1. Особенности атомных смещений в области симметричных
границ зерен
3.2. Атомная структура симметричных границ зерен
3.3. Механизмы диффузии в трехмерном монокристалле №3А
3.4. Механизмы диффузии вблизи симметричных
границ зерен наклона
3.5. Изменение ближнего порядка при термоактивации
IV. ЗЕРНОГРАНИЧНАЯ ДИФФУЗИЯ В СПЛАВЕ Ni3Al
С СИММЕТРИЧНЫМИ ГРАНИЦАМИ В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
4.1. Зависимость коэффициента диффузии от величины
и вида одноосной деформации
4.2. Динамика атомной структуры симметричных границ зерен наклона в условиях пластической деформации
4.3. Изменение ближнего порядка при одноосной деформации
V. ТРАНСФОРМАЦИИ СТРУКТУРЫ СПЛАВА Ni3Al
С СИММЕТРИЧНЫМИ ГРАНИЦАМИ ЗЕРЕН ПРИ ТЕМПЕРАТУРНОСИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
5.1. Структурные искажения сплава Ni3Al с симметричной
границей зерен при термоактивации
5.2. Структурные искажения сплава Ni3Al с симметричной
границей зерен при одноосной деформации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Специфика свойств как крупнозернистых, так и нанокристаллических веществ определяется наличием в них границ зерен. Что касается атомной структуры границ зерен в поликристаллах, то ее исследования ведутся-уже более ста лет и накоплен богатый экспериментальный материал. Методами электронной и ионной микроскопии, рентгеновской дифракции было установлено, что граница не является бесструктурной и ее «ширина» достигает нескольких межатомных расстояний. Кроме того, было выявлено периодическое строение не только специальных границ, но и границ зерен общего типа [1-4]. Однако- нанокристаллические материалы обладают чрезвычайно развитыми границами раздела, обуславливающими отличие их прочностных свойств от свойств- крупнозернистых поликристаллов. По этой причине изучение микроструктуры компактных нанокристаллических веществ сосредоточено, в основном; на выяснении особенностей строения межзеренных границ. К одной из таких особенностей относится ориентация! плоскости границы относительно каждого из зерен. На основе данного признака выделяют симметричные и несимметричные границы зерен. При этом специальные границы зерен являются частным случаем симметричных.
Материалы с высокой долей специальных границ показывают большую подверженность деформационной ползучести, появлению трещин,, а также сопротивление коррозионному разрушению по сравнению с материалами, обладающими высокой долей границ общего типа [5-8]. Кроме того, специальные границы менее склонны к образованию сегрегаций, являющихся дополнительным концентратором напряжений [9]. Автором не найдено удовлетворительного объяснения наблюдаемых отличий в контексте атомного строения межзеренных границ. Однако их знание и учет необходимы при создании новых конструкционных материалов.
Другим важным вопросом в современном материаловедении является нестабильность структуры наноматериалов, а, следовательно, нестабильность

Из рассмотренных теоретических представлений и экспериментальных данных видно, что теория диффузионных процессов вблизи границ зерен и для металлов, и для твердых растворов долгое время не являлась окончательно сформированной. Этот существенный недостаток был связан с неполнотой представлений, о механизмах зернограничной диффузии на атомном уровне, что вызвано сложностью проведения прямых экспериментов. С расширением- возможностей вычислительной ■ техники широкое применение при изучении процессов диффузии в металлах и сплавах нашли методы компьютерного моделирования [85-88]. В; частности, большое внимание стало уделяться изучению зернограничной диффузии [89-95], что при использовании! прямых экспериментальных методов сложно и не всегда реализуемо.
Исследования динамики структуры границ зерен на атомном уровне с помощью ЭВМ позволили^ объяснить отклонение от' закона Аррениуса [14-18, 96] и выявить основные механизмы зернограничной диффузии для ряда металлов и сплавов, содержащих границы зерен общего: типа: Были выявлены три основных механизма зернограничной диффузии в трехмерных металлах с границами зерен; наклона:
1) миграция атомов вдоль ядер зернограничных дислокаций; '
2) -циклический механизм вблизи ядер;
3) образование цепочки смещенных атомов от одного ядра дислокации к ядру другой:
Для первого из этих трех механизмов наблюдалось сходство- с «трубочным» механизмом Тернбалла и Хоффмана. Его возникновение было обнаружено уже при малых температурах. Общей особенностью для всех этих механизмов являлось их формирование на зернограничных дислокациях. Так, цепочка смещенных атомов начиналась и заканчивалась на ступеньках ЗГД. Циклический механизм охватывал от 2-8 атомов и также инициировался вблизи ступенек дислокаций. Как правило, его возникновение являлось следствием действия первого механизма диффузии. Вероятность