Численное исследование сопряженных задач неравновесной диффузии при импульсном электронно-лучевом воздействии

• Автор: Тян, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 189 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ДИФФУЗИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Неравновесная диффузия в твердых средах

1.2. Коэффициенты диффузии

1.2.1. Коэффициент самодиффузии

1.2.2. Парциальные коэффициенты диффузии

1.2.3. Другие коэффициенты диффузии

1.2.4. Коэффициент диффузии и плавление

1.3. Диффузия и напряжения

1.4. Электронно-лучевая обработка и радиационно-стимулированная диффузия

1.5. Эффект неравновесной активации
1.5.1. Параметр активации и активационный объем
1.6. Заключение
2. ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ
2.1. Вывод соотношений для диффузионных потоков с учетом напряжений.
2.1.1. Диффузия по вакансионному механизму
2.1.2. Самодиффузия. Равновесные вакансии
2.1.3. Самодиффузия. Неравновесные вакансии
2.1.4. Диффузия в бинарной системе по механизму внедрения
2.1.5. Диффузия внедрения в бинарной системе с учетом напряжений
2.1.6. Диффузия в трехкомпонентной системе
2.2. Задача о механическом равновесии
3. ДИФФУЗИЯ АДСОРБИРОВАННОГО НА ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА КИСЛОРОДА ПРИ ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКЕ
3.1. Диффузия адсорбированного на поверхности сплава кислорода при электронно-лучевой обработке с учетом активации и зависимости теплофизических свойств сплава от температуры, в т.ч. плавления
3.1.1. Математическая постановка задачи
3.1.2. К оценке параметров
3.1.3. Численный алгоритм решения
3.1.3.1. Исследование на сходимость
3.1.4. Результаты
3.1.5. Заключение
3.2. Диффузия адсорбированного на поверхности сплава кислорода при электронно-лучевой обработке с учетом активации и внутренних напряжений
3.2.1. Математическая постановка задачи
3.2.2. Безразмерные переменные
3.2.3. К оценке параметров
3.2.4. Численный алгоритм решения задачи
3.2.4.1. Исследование на сходимость
3.2.5. Результаты
3.2.6. Заключение
4. ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ В ДВУХСЛОЙНОМ СПЛАВЕ ПРИ ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКЕ
4.1. Трехкомпонентная диффузия в двухслойном сплаве при электроннолучевой обработке с учетом напряжений

4.1.1. Математическая постановка задачи
4.1.2. Безразмерные переменные
4.1.3. К оценке параметров
4.1.4. Численный алгоритм решения
4.1.4.1. Исследование на сходимость
4.1.5. Результаты
4.1.6. Заключение
4.2. Трехкомионентная диффузия в двухслойном сплаве при электроннолучевой обработке с учетом плавления
4.2.1. Математическая постановка задачи
4.2.2. Безразмерные переменные
4.2.3. Оценка параметров и численный алгоритм
4.2.4. Результаты
4.2.4.1. Влияние плавления
4.2.5. Заключение
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

где Д) - коэффициент диффузии в недеформированной среде. Второе слагаемое в (1.4) всегда положительно, поэтому коэффициент диффузии при НДС всегда выше, чем в среде без напряжений. На поверхности цилиндра задавались условия постоянства химического потенциала и напряжений. Задача решалась численно методом конечных разностей с помощью центральных разностей. Получены оценки для тангенциальных, радиальных и продольных напряжений. Проведен сравнительный анализ картин диффузии в полом цилиндре, сплошном цилиндре и тонкой пластине.
В целом, в литературе в основном приводятся либо аналитические приближенные оценки НДС без учета его влияния на диффузию, либо вовсе отсутствует анализ характера НДС, сопровождающего перераспределение концентраций. Авторы либо ограничиваются оценкой величин напряжений и деформаций (независимо от диффузии) в первом приближении, либо просто констатируют их последствия (трещины, отслоение, деформация материала и т.д. и т.п.). Например, в работе [77] для задачи диффузии в трехслойном материале получено точное решение, дана оценка напряжений в системе без учета их влияния на диффузию.
1.4. Электронно-лучевая обработка и радиационно-стимулированная диффузия
Многие важнейшие физико-химические и механические характеристики материалов непосредственно определяются свойствами их поверхностей. Твердость, износостойкость, шероховатость, коррозионная стойкость, биосовместимость и пр. - все эти важные свойства зависят от состава и структуры приповерхностных областей [78 — 80]. В подавляющем большинстве случаев окончательная структура и механические свойства металлов и сплавов формируются в результате высокотемпературной обработки, основу которой составляют диффузионные процессы.
В последние несколько десятилетий активно разрабатывались методы модификации поверхностных слоев материалов и пайки разнородных материалов