Взаимодействие специальных границ зерен наклона с точечными дефектами в ГЦК - металлах и упорядоченных сплавах

• Автор: Грахов, Евгений Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 152 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН И ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
1.1 .Модели границ зерен
1.2. Атомная структура границ зерен
1.2.1. Теоретические исследования
1.2.2. Экспериментальные исследования
1.3. Энергия границ зерен
1.3.1. Экспериментальное определение энергии
1.3.2. Теоретические расчеты.:..'...'Ц:
1.4. Взаимодействие границ зерен с точечными дефектами
1.4.1. Взаимодействия с вакансиями
1.4.2. Взаимодействие с атомами примесей
1.5. Постановка задачи
II. МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
2.1. Методики компьютерного моделирования в физике твердого тела
2.2. Компьютерное моделирование атомной структуры
границ зерен
2.3. Компьютерное моделирование взаимодействия границ
зерен с точечными дефектами
2.4. Потенциал межатомных взаимодействий в металлах
и сплавах
III. СТРУКТУРА СПЕЦИАЛЬНЫХ ГРАНИЦ ЗЕРЕН НАКЛОНА [100] (ок1)
3.1. Структура границ зерен в модели РСУ
3.1.1. Атомная структура в жесткой модели
3.1.2 Атомная структура релаксированной ГЗ
3.2. Вакансионная релаксация границ зерен
3.3 Построение структурных единиц
3.4 Поля смещений в ядре границ зерен
IV. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ГРАНИЦ ЗЕРЕН НАКЛОНА [100] (окі) С ТОЧЕЧНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
4.1. Влияние вакансий на перестройку атомной структуры ГЗ
4.2. Взаимодействие вакансий с границами зерен
4.3. Взаимодействие примесей с границами зерен
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Важнейшей характеристикой кристаллических материалов, применяемых в технике, является механическая прочность. Важная роль в формировании прочности и других механических свойств материала принадлежит дефектной структуре кристалла. Поскольку большинство реальных кристаллических материалов имеют поликристаллическую структуру, то под дефектной структурой материала следует понимать концентрацию и распределение точечных, линейных и плоских дефектов: вакансий, атомов внедрения, дислокаций, межфазных границ, границ зерен и др. Современные исследования дают достаточно ясное представление об атомной структуре и свойствах точечных дефектов, дислокаций и межфазных границ. Однако в настоящее время недостаточно достоверных сведений о структуре, свойствах, степени участия в процессах пластической деформации материала границ зерен (ГЗ). Слабо изучены механизмы взаимодействия ГЗ с другими дефектами.
В то же время, общепризнанным является тот факт, что именно ГЗ определяют многие важные свойства материалов. ГЗ активно влияют на такие процессы как диффузия, рекристаллизация, сегрегация примесей [1-4]. Многие процессы, происходящие в кристаллах с участием ГЗ, носят вакансионный характер, то есть имеет место активное взаимодействие ГЗ с вакансиями и другими точечными дефектами. К таким процессам относятся диффузия, ползучесть, возникновение микропор и разрушение материала. Одной из характеристик ГЗ является множественность состояния границ; атомная структура границ способна перестраиваться из одного состояния в другое. Так, например, ГЗ в зависимости от атомной структуры могут служить либо барьером для решеточных дислокаций, либо поглощать их, либо не препятствовать проникновению дислокаций из одного сопрягающегося зерна в другое [2]. От состояния границ зависят сверхпластичность, прочность, пластичность материала. Иными словами,

В настоящее время достаточно хорошо изучены механизмы испускания и поглощения вакансий для ГЗ общего типа. Они основаны на процессах переползания зернограничных дислокаций. Развитая дислокационная структура общих ГЗ обеспечивает их высокую эффективность, как источников, так и стоков. Для ГЗ специального типа подобных моделей нет. Экспериментально установлено, что емкость специальных ГЗ, как источников/стоков вакансий весьма ограничена [ 95 ]. Механизмы взаимодействия вакансий со специальными ГЗ должны разрабатываться с учетом их атомной структуры.
Современные методы экспериментальных исследований не позволяют прямо изучать взаимодействие индивидуальных вакансий с ГЗ, поэтому важную роль, в таких исследованиях играет компьютерный эксперимент. Так, моделирование индивидуальной вакансии в идеальной ГЦК решетке показывает, что ближайшие соседи вакансии в первой координационной сфере смещены в направлении дефекта на величину около 0,1 радиуса первой координационной сферы, а далее наблюдается знакопеременная затухающая осцилляция смещений атомов.
Как известно, ядро границы зерна обладает неоднородным полем напряжений. Авторы [96] утверждают, что присутствие вакансии на ГЗ существенно изменяет структуру и характеристики областей с анизотропными свойствами, присущих ГЗ. Таким образом, влияние взаимодействия вакансии с ГЗ на энергию кристалла должно зависеть от положения вакансии в ядре ГЗ. Компьютерное моделирование' взаимодействия вакансии с границей наклона (113) в меди [96], взаимодействия вакансии с антифазной границей в упорядоченном сплаве СизАи [97] и первопринципные расчеты взаимодействия недеформационной природы между вакансиями и двойниковой границей в алюминии [98] позволяют проследить ряд закономерностей. Так, кривая