Исследование специальных границ зерен наклона типа [100] в металлах и сплавах на основе ОЦК-решетки

• Автор: Свердлова, Елена Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 205 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
ЕЕ Структура границ зерен и их влияние на физико-механические
свойства поликристаллов
ЕЕЕ Классификация границ зерен
Е Е 2. Статистика границ зерен
Е 1.3. Тонкая структура ГЗ
1.1.4. Диффузия по ГЗ
1.1.5. Взаимодействие ГЗ с дефектами и механические
свойства материалов
1.2. Энергия границ зерен
1.3. Модели границ зерен
1.4. Теоретические расчеты границ зерен
1.5. Постановка задачи
II. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
2.1. Методики компьютерного моделирования в физике
твердого тела
2.2. Моделирование специальных границ наклона
в металлах и упорядоченных сплавах
2.3. Потенциалы межатомного взаимодействия
ІП. СТРУКТУРА И ЭНЕРГИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН В ОЦК-МЕТАЛЛАХ
3.1. Построение границы наклона в модели РСУ
3.2. Кристаллогеометрия специальных ГЗ типа [100](0к1)
3.3. Структура и энергия ГЗ в жесткой модели
3.4. Энергетические состояния релаксированной ГЗ
3.4.1. Жесткая трехмерная релаксация

3.4.2. Полная атомная релаксация
3.5. Атомная структура ГЗ
IV. ЭНЕРГИЯ И АТОМНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ГЗ В СПЛАВАХ СО
СВЕРХСТРУКТУРОЙ В2
4.1. Особенности кристаллогеометрии ГЗ [100](0к1) в сплавах
в модели РСУ
4.2. Структурно-энергетические характеристики ГЗ в сплавах
4.2.1. Жесткая модель
4.2.2. Релаксированные ГЗ
4.3. Атомная конфигурация
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ

Подавляющее большинство кристаллических материалов применяется в виде поликристаллов, свойства которых зависят как от типа кристаллической структуры, так и от системы дефектов, существующих в них. Хорошо известно, что неотъемлемой частью структуры поликристаллических металлов и сплавов являются большеугловые границы зерен (ГЗ). В настоящее время имеется большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что ГЗ оказывают значительное влияние на многие важные свойства металлов и сплавов: прочность, пластичность, ползучесть, хрупкость, возникновение трещин и коррозию. Сегрегация примесей, фазовые превращения, процессы диффузии, пластической деформации, рекристаллизации, роста зерен - эти и многие другие явления, обусловленные влиянием ГЗ, определяют их большую роль в процессах образования структур и в формировании их свойств [1-4].
В связи с появлением новых высокоразрешающих методик эксперимента и возможности компьютерного моделирования сложных атомных структур за последнее время достигнуты значительные успехи в выяснении атомного строения большеугловых ГЗ в поликристаллах [5]. Показано, что ширина межзеренных границ составляет несколько межатомных расстояний [6-8], специальные границы имеют периодическое строение [9,10], в границах, отклоненных от специальных разориентаций, наблюдается, кроме того, вторичная периодическая структура, обусловленная периодическими сетками зернограничных дислокаций [11,12]. Периодическое строение всех исследованных, в том числе произвольных, границ обнаружено для некоторых металлов и сплавов [13,14]. Исследования структуры границ с использованием метода прямого

В работе [78] проведены вычисления дополнительной энергии границы АЕ в неравновесном состоянии. Рассмотрены специальные границы, слабо отклоненные от ориентаций хорошего сопряжения решеток. При этом плоская граница будет состоять из участков хорошего сопряжения и уступов, связанных с зернограничными дислокациями (ЗГД). Система ЗГД вызывает увеличение удельной энергии когерентной границы на величину АЕ. Полагая, что некоторое усредненное значение вектора Бюргерса ЗГД определяется соотношении bsVDI/3s(nZ~1)3/3, (Vq - объем элементарной ячейки ПРН), значение АЕ вычисляли в приближении Рида -Шокли:
(1Z3>
где у/ - угол отклонения от когерентного положения, р. - модуль сдвига, V -коэффициент Пуассона, {3 - коэффициент, связанный с образованием групп ЗГД, а - параметр решетки, n—1 ,2 или 4 для примитивной кубической, О ЦК и Г ЦК решеток соответственно.
Значения АЕ были вычислены доя границ зерен с Е<17 в алюминии при г//=0,1 рад. Результаты расчетов: доя ЕЗ АЕ = Ео, для Е11 АЕ = 0,2Ео, для Е9 АЕ s ОДЕо. Для разных границ АЕ различно и ее вклад в полную зернограничную энергию (Е=Ео + АЕ) убывает с ростом Е.
Имеются немногочисленные экспериментальные исследования температурной зависимости энергии границ. Глейтер рассмотрел влияние температуры на величину отношения энергии границ к энергии когерентной двойниковой границы в трикристаллах свинца. Измерения энергии были выполнены по методу Херринга. При некоторой критической температуре Тк=16(к-215°С наблюдалось скачкообразное снижение этого отношения [1]. Авторы [79] изучали температурную зависимость угла 0 вдоль линии пересечения ГЗ в бикристаллах А1 с межфазной границей