Исследование механизмов структурно-энергетических превращений вблизи границ зерен наклона в интерметаллиде Ni3Al

• Автор: Синяев, Данил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 200 с. : ил.

I. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАХ ГРАНИЦ ЗЕРЕН В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

1.1. Границы зерен, их классификация и характеристики

1.2. Модели ГЗ

1.3. Особенности диффузии вблизи ГЗ

1.4. Энергия ГЗ

1.5. Представление межатомных взаимодействий в сплаве

1.6. Применение методов компьютерного моделирования в задачах материаловедения

1.7. Упорядоченные сплавы и интерметаллиды

1.8. Постановка задачи исследования

II. ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Проблемы, возникающие при применении метода молекулярной динамики

2.2. Построение потенциалов, описывающих межатомные взаимодействия в №3А1
2.3. Методика построения расчетного блока кристалла, содержащего ГЗ
2.4. Визуализаторы
III. АТОМНАЯ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГЗ НАКЛОНА В №3А1
3.1. Атомная структура ГЗ после низкотемпературной динамической релаксации
3.2. Локальные распределения энергии и напряжений вблизи ГЗ
3.3. Механизмы миграции атомов по границам зерен наклона
в сплаве №3А1
3.4. Характеристики скоростей диффузии вблизи границ наклона

в сплаве №зА1
3.5. Оценка энергии ГЗ в зависимости от угла разориентации
IV. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЗ ПРИ НАЛИЧИИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
4.1. Влияние вакансий на характер миграции атомов в сплаве Ni3Al, содержащем границы зерен наклона
4.2. Влияние точечных дефектов внедрения на характер миграции
в сплаве Ni3Al, содержащем границы зерен наклона
4.3. Оценка основного возможного механизма миграции
V. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В БИКРИСТАЛЛЕ Ni3Al, СОДЕРЖАЩЕМ ГРАНИЦЫ ЗЕРЕН НАКЛОНА
5.1. Исследование зависимостей коэффициента диффузии и ближнего порядка от вида и направления деформации
5.2. Структурно-энергетическая перестройка сплава вблизи границ зерен наклона при деформации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Границы зерен (ГЗ) являются неотъемлемой частью поликристаллических, нанокристаллических материалов. Обладая отличительной от основного
материала структурой, ГЗ являются активными элементами дефектных образований в материалах [1]. ГЗ могут генерировать и поглощать точечные дефекты - вакансии и примеси, генерировать, поглощать и пропускать
дислокации [2, 3] в процессах деформации материала. По этим причинам ГЗ влияют на многие практически важные свойства материалов, такие как прочность, пластичность, ползучесть, хрупкость, электропроводность, образование трещин и коррозия [1, 4, 5]. Физические свойства
поликристаллических материалов определяются атомной структурой и
атомными механизмами, имеющими место в ГЗ. Поэтому структура ГЗ интенсивно исследуется в последние годы, как экспериментально, так и теоретически, в том числе с применением методов компьютерного
моделирования. С использованием экспериментальной техники электронной микроскопии высокого- разрешения, методов рентгеновской и электронной дифракции, методов ионной микроскопии было показано, что «ширина» межзеренных границ составляет несколько межатомных расстояний [6-8]. Было показано периодическое строение не только специальных ГЗ [9, 10], но и произвольных [11, 12]. Вместе с тем, упругие поля, имеющие место вблизи ядер зернограничных дислокаций [13, 14] нарушают условия высокого разрешения при электронно-микроскопических исследованиях. В то же время экспериментально было показано, что реальные позиции совпадают с позициями узлов в кристаллической решетке. Поэтому представляется важным разработка и развитие моделей, учитывающих реальную атомную структуру ГЗ.
ГЗ влияют на свойства поликристаллов за счет действия ряда фундаментальных процессов, таких как зернограничное проскальзывание (ЗГП) и взаимодействие границ и точечных дефектов. В частности в условиях

заданной температуре, а суммарный импульс в расчетной ячейке должен быть равен нулю.
При начальных координатах атомов, соответствующих идеальной решетке, начальные скорости задаются согласно распределению Больцмана [154, 155]:
где о а - среднеквадратичная скорость.
Так как начальные положения атомов соответствуют минимально возможной потенциальной энергии, в процессе колебаний половина кинетической энергии переходит в потенциальную. Поэтому начальные скорости атомов должны быть в 42 раз больше среднеквадратичной иеа. Применение им, а не наиболее вероятной скорости объясняется тем, что кинетическая энергия и температура пропорциональны <о,2>.
Для описания межатомных связей в настоящей работе применялись парные центральные потенциалы Морза
где а - параметр потенциала, характеризующий «жесткость» межатомных связей; Б - энергетический параметр, пропорциональный глубине
равновесное усредненное по нескольким координационным сферам эффективное межатомное расстояние.
В данной модели, сила, действующая на ьый атом со стороны]-го равна:
(2.5)
(2.6)
потенциальной ямы; ß — еаг° _ безразмерный параметр, Го — некоторое
(2.7)
Потенциал Морза включает две составляющие: жесткое экспоненциальное отталкивание и более мягкое экспоненциальное притяжение. Такой потенциал может описывать стабильную плотноупакованную решетку.