Нейтронографическое и модельное исследование влияния текстуры при определении упругих свойств конструкционных поликристаллических материалов

• Автор: Лычагина, Татьяна Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 120 с. : ил

Содержание

Введение

1. Количественное описание текстуры поликристаилического

материала

1.1 Математическое описание текстуры

1.1.1 Основные понятия количественного текстурного анализа

1.1.2 Методы восстановления функции распределения ориентаций

по полюсным фигурам

1.2 Экспериментальное исследование текстур

1.2.1 Методы электронной дифракции для определения функции распределения ориентаций
1.2.2 Рентгеновский метод определения полюсных фигур
1.2.3 Метод дифракции нейтронов определения полюсных фигур
1.2.3.1 Нейтронный текстурный эксперимент на стационарных реакторах.
1.2.3.1 Нейтронный текстурный эксперимент на импульсных источниках нейтронов.
1.2.3.3 Текстурные спектрометры ТЕХ-2 и НСВР
2. Вычисление упругих свойств текстурованного поликристаллического материала
2.1 Способы описания упругих свойств монокристаллов
2.2 Определение эффективного и среднего свойства
поликристаллического материала
2.3 Вычисление полного тензора упругих свойств материалов с кубической и гексагональной симметриями
2.4 Метод расчета модуля Юнга поликристаллов, обладающих кубической симметрией
3. Исследование методов расчета упругих постоянных текстурованных материалов при определении напряженного состояния с помощью дифракции
3.1 Определение напряженного состояния в материале дифракционными методами

3.2 Метод Ройсса расчета упругих постоянных, используемых при определении напряженного состояния текстурованных материалов с помощью дифракции
3.3 Модели геометрического среднего для расчета упругих постоянных, используемых при определении напряженного состояния текстурованных материалов с помощью дифракции
3.4 Экспериментальное сравнение различных методов определения “дифракционных” упругих констант текстурованного материала
4. Модельное исследование обоснованности применения усреднения при расчете упругих свойств поликристаллов
4.1 Моделирование зеренной микроструктуры поликристалла
4.2 Исследование влияния статистики зерен на определение упругих свойств поликристаллического материала
4.3 Влияние распределения зерен по объемам (размерам) на расчет упругих свойств поликристаллических материалов
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. Большинство конструкционных материалов являются поликристаллическими. Многие технологические операции (прокатка, волочение, экструзия) приводят к возникновению кристаллографической текстуры в материале, т.е. преимущественных ориентировок кристаллитов, слагающих поликристалл. Возникновение таких преимущественных ориентировок является одной из причин анизотропии физических свойств поликристаллических материалов. Поэтому при оценке свойств конструкционного материала большое значение среди других факторов имеет учет текстуры. Экспериментальную информацию о текстуре получают из полюсных фигур (ПФ), которые измеряются главным образом методами, основанными на дифракции рентгеновских лучей или тепловых нейтронов. Наиболее полно, однако, текстура описывается функцией распределения зерен по ориентациям (ФРО). Задача восстановления ФРО из ПФ (основная задача количественного текстурного анализа) не имеет единственного решения (является некорректной), поскольку ПФ содержат неполную информацию о ФРО. Для решения этой задачи разработан ряд математических методов. В настоящей работе исследуется до настоящего времени невыясненный вопрос о влиянии метода восстановления ФРО из ПФ на определение упругих свойств материалов кубической и гексагональной симметрий, а также устанавливаются количественные связи между упругими свойствами кубических материалов и параметрами ФРО.
В последнее время возрастают требования к методам контроля прочностных характеристик конструкций. В связи с этим особый интерес приобретает неразрушающий метод исследования напряженного состояния в объеме материала, основанный на дифракции нейтронов. Однако поскольку текстура влияет на упругие постоянные материала, ее необходимо учитывать при определении напряженного состояния в материале из дифракционных спектров.
В связи с совершенствованием экспериментальных методик, а также с развитием технологий изготовления приборов, использующих поликристаллические микросистемы, требования, предъявляемые к точности расчетов свойств текстурованных материалов, постоянно растут. Поэтому особую важность приобретают исследования факторов, оказывающих влияние на точность получаемых результатов. В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с обоснованием применения

Г лава
Вычисление упругих свойств текстурованного поликристаллического
материала
Многие физические свойства поликристалличсских материалов анизотропны, т.е. изменяются в зависимости от направления. Свойство поликристалла, измеренное в некотором направлении, является средним значением свойств индивидуальных кристаллитов (зерен), составляющих поликристалл. Таким образом, это свойство зависит свойства монокристалла и от ориентационного распределения кристаллитов в материале. Если это распределение равномерное, то материал макроскопически изотропен. Наличие преимущественных ориентаций (текстуры) приводит к анизотропии свойств поликристалла. Кроме текстуры, могут быть другие причины, приводящие к анизотропии свойств поликристаллического материала: наличие пор или трещин, форма кристаллитов, распределение фаз в многофазном материале.
Определение макроскопических упругих свойств поликристаллического материала, с использованием информации о свойствах монокристалла и о микроструктуре материала - задача, которая впервые рассматривалась еще в конце прошлого столетия. Решение ее имеет длинную историю и богатую литературу [75-90]. В настоящей главе приводится исследование влияния метода восстановления функции распределения зерен по ориентациям на определение упругих свойств поликристаллов с кубической и гексагональной симметриями. В параграфе 2.1 рассмотрены основные способы описания упругих свойств монокристаллов, приведены результаты расчетов указательных поверхностей модуля Юнга для материалов с разными симметриями. В параграфе 2.2 даны основные определения и обзор методов усреднения свойств монокристалла с учетом текстуры, используемых в дальнейшем исследовании. В параграфе 2.3 изложены результаты исследования влияния метода восстановления ФРО на определение упругих свойств некоторых материалов. В параграфе 2.4 реализован новый метод расчета модуля Юнга для кубических материалов, использующий представление ФРО суммой гауссовских распределений. Результаты данной главы опубликованы в работах [146-148].