К теории кинетики и термодинамики фазовых превращений упорядочения в сплавах

• Автор: Панкратов, Илья Романович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

1 Кинетический метод кластерных полей и его применение к изучению упорядочений по типу Ь1г в сплавах

1.1 Кинетический тетраэдрический метод кластерных полей

1.2 Используемые модели и методы моделирования

1.3 Кинетика фазовых превращений А1—»Ы2

1.4 Особенности эволюции при переходе А1—>АИ-1Л2

1.5 Заключение

2 Кинетика 1Л0 и Ъ12 упорядочений в сплавах на ранних стадиях фазовых превращений

2.1 Концентрационная зависимость микроструктурной эволюции и слияние доменов, как механизм роста доменов при Ы2 упорядочении

2.2 Кинетика превращений А1—>Ы0 в системах с короткодействующими взаимодействиями

2.3 Кинетика превращений А1—>Ь1о в системах со средним или протяженным радиусом взаимодействия

2.4 Заключение

3 Кинетика формирования твин-структур при Ыо упорядочении в сплавах
3.1 Модель деформационного взаимодействия в концентрированных сплавах
3.1.1 Гамильтониан
3.1.2 Упругая энергия в упорядоченной и неупорядоченной фазах
3.1.3 Стрикционные эффекты в фазах 1Л2 и И0
3.1.4 Модель короткодействующих сил Канзаки
3.1.5 Эффективные деформационные взаимодействия
3.2 Используемые модели и методы моделирования
3.3 Кинетика превращений А1—»Ыц в системах со средним или протяженным радиусом взаимодействия
3.3.1 Стадии превращения А] —»Ы0
3.3.2 Особенности эволюции на начальной и твидовой стадиях
3.3.3 Микроструктурная эволюция на твин-стадии

3.4 Кинетические особенности превращений А1^Ы0 в системах с короткодействующими взаимодействиями
3.5 Заключение
4 О точности различных статистических методов при описании фазовых переходов упорядочения в ОЦК сплавах
4.1 Общие формулы кластерных методов для равновесных и квази-равновесных распределений
4.2 Тетраэдрический метод кластерных полей в ОЦК решетке
4.3 Термодинамические потенциалы в фазах В2 и Б03
4.4 Расчеты фазовых диаграмм для моделей сплавов Ре- А1
4.5 Фазовые диаграммы для систем с короткодействующими и конкурирующими взаимодействиями
4.6 Заключение
Заключение
Список литературы

Исследования микроскопических свойств сплавов при фазовых превращениях (ФП) упорядочения имеют как фундаментальный, так и прикладной интерес. С точки зрения теории важно развитие подходов к микроскопическому описанию свойств неоднородных и неравновесных систем, включая аналитическое описание наблюдаемых явлений. Для приложений большое значение имеет, в частности, объяснение и теоретическое предсказание свойств и распределений антифазных границ (АФГ) в микроструктурах сплавов, используемых в технике, поскольку многие свойства этих сплавов, такие как прочность, пластичность, коэрцитивная сила магнетиков, и другие, существенно зависят от особенностей микроструктур.
В последнее время микроскопические подходы к описанию систем, далеких от равновесия, привлекают большой интерес в связи с рядом конкретных прикладных вопросов. Одним из них является изучение свойств сплавов, находящихся под воздействием излучения. В частности, исследование диффузии вакансий и примесей в таких сплавах могут дать подходы к решению проблемы охрупчивания корпусов реакторов, остро стоящей перед мировым сообществом. Не менее важным вопросом является изучение ФП в сталях, теоретические подходы к этой проблеме могут в значительной мере способствовать технологическому прогрессу металлургической отрасли.
Существует много теоретических и экспериментальных работ посвящённых изучению упорядочений при фазовых переходах см. например [1-10]. При этом, поскольку эксперименты по изучению эволюции сплавов обычно сложны, то теоретические исследования и компьютерное моделирование данных процессов привлекают большой интерес.
В некоторых из этих работ применяется прямое моделирование ФП методом Монте-Карло [2, 3], однако для реалистичных моделей сплавов оно обычно оказывается трудоёмким.
Используются также феноменологические подходы, с помощью которых обсуждался ряд особенностей эволюции см. например обзор [5]. Однако при этом рассматривались в основном простейшие модели упорядочения по типу В2 в объёмно-центрированных кубических (ОЦК) решётках. В то же время в большинстве реальных сплавов реализуются более сложные упорядочения, в частности, по типу Ь12 в гранецентрированных кубических (ГЦК) решётках. Такие упорядочения характерны для многих практически важных систем, например для так называемых “суперсплавов” типа Ni3Al, широко используемых в аэрокосмической технике [17]. Феноменологическая модель некоторых ФП типа Ll2 обсуждалась только в недавней работе [6], микроскопические же рассмотрения таких ФП отсутствуют.
В работах В. Г. Вакса и др. был предложен микроскопический подход к исследованию существенно неравновесных систем, включая кинетику неравновесных сплавов, основанный на базе фундаментального кинетического уравнения для вероятностей различных атомных распределений по узлам решетки [13, 7, 16]. Этот подход с успехом применялся к исследованию большого числа проблем кинетики ФП в спла-

Рис. 2.8: То же, что на рисунке 2.7, но при с = 0.44 и показанное в ^-представлении.
при переходе А1—>Ы0, и их можно сравнить со значениями при переходе А1—»Ы2 в верхней части данной таблицы.
При обсуждениях моделирований А1—>Ы2 превращений для моделей с короткодействующими взаимодействиями в главе 1 было отмечено значительное количество микроструктурных особенностей, хорошо согласующихся с экспериментальными наблюдениями для такого рода систем, в частности, для сплавов Си3Аи [25, 26]. Ниже мы перечислим аналогичные особенности для А1—>Ь1о переходов, наблюдаемые в данных моделированиях:
(I) Преобладание консервативных АФГ с ориентацией (ЮО)-типа.
(II) Наличие как АФГ типа смещения, так и поворотного-типа с легким отклонением от (100) плоскости, которое действительно является “ступенчатым”, “фасети-рованная” структура с длинными консервативными участками и маленькими неконсервативными перемычками, перпендикулярными этим участкам.
(ш) Наличие тройных стыков АФГ, включающих три или две консервативные АФГ, перпендикулярные или параллельные друг другу.
(гу) Наличие петлеобразных конфигураций некоторых неконсервативных АФГ, прилегающих к консервативным АФГ.
(у) Наличие четверных стыков АФД типа А1А2А1А3, где А2 и А3 могут соответствовать любому из двух или четырех типов АФД, отличных от А3 И А),
Микроструктуры показанные на рисунках 2.7-2.11 иллюстрируют все эти наблюдения. Пункт (1) уже обсуждался выше. В качестве примера фасетированных АФГ, упомянутых в пункте (И) можно отметить почти горизонтальные (“квазигоризон-тальные”) АФГ типа смещения С-С, отмеченные стрелкой кадрах 2.8с и 2.КМ; ква-зивертикальную поворотную АФГ В-С, отмеченную стрелкой в верхней правой ча-