Структурно-энергетические характеристики специальных границ зерен наклона в металлах и упорядоченных сплавах на основе ГЦК - решетки

• Автор: Кустов, Сергей Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
1.1. Границы зерен, их влияние на физико-механические
свойства поликристаллических материалов
1.1.1. Общие представления о границах зерен. Статистика границ
1.1.2. Диффузионные свойства границ зерен
1.1.3. Влияние границ зерен на пластическую деформацию и разрушение поликристаллов
1.2. Модели границ зерен
1.3. Энергиямежзеренныхграниц
1.4. Атомная структура границ зерен
1.4.1. Экспериментальные исследования структуры границ зерен
1.4.2. Теоретические расчеты границ зерен
1.5. Постановка задачи
П. МЕТОДЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1. Методы компьютерного моделирования в физике
твердого тела
2.2. Процедура моделирования специальных границ наклона с осью разориентации [100] в металлах и упорядоченных сплавах
2.3. Описание межатомных взаимодействий в металлах и сплавах
III. ЭНЕРГИЯ И СТРУКТУРА ГРАНИЦ НАКЛОНА В
ГЦК - МЕТАЛЛАХ
3.1. Кристаллогеометрическое описание специальных границ
[100] в модели РСУ
3.2. Энергия границ зерен в жесткой модели

3.3. Расчеты границ зерен в жесткой трехмерной модели
3.4. Структурно-энергетические свойства релаксированных
границ
3.5. Атомная структура границ зерен
IV. АТОМНАЯ СТРУКТУРА И ЭНЕРГИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
В СПЛАВАХ СО СВЕРХСТРУКТУРОЙ Ы2
4.1. Множественность границ зерен в сплавах в модели РСУ
4.2. Границы зерен в жесткой модели
4.3. Энергетические состояния релаксированных границ зерен
4.4. Атомная структура границ зерен в сплавах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА ,
ВВЕДЕНИЕ
Большинство кристаллических материалов, применяемых в технике, имеют поликристаллическую структуру. Важнейшее их свойствомеханическая прочность- определяется дефектной структурой кристаллов. Под дефектной структурой следует понимать не только концентрацию и распределение точечных дефектов, дислокаций, дефектов упаковки, но и границ зерен (ГЗ) и межфазных границ. Атомная структура и свойства точечных дефектов и дислокаций в кристаллах изучены достаточно хорошо. Что касается наших знаний об атомной структуре ГЗ и о механизмах их участия в пластической деформации и разрушении, то они значительно менее полные.
Вместе с тем, ГЗ влияют на многие практически важные свойства материалов. От них зависит развитие таких процессов как, диффузия, рекристаллизация, сегрегация примесей [1-3]. Имеется большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что ГЗ оказывают также значительное влияние на прочность, пластичность, ползучесть, хрупкость, возникновение трещин и коррозию [2-4]. Степень этого влияния напрямую связана с особенностями атомной структуры границ и их взаимодействием с друтими дефектами. Влияние ГЗ, например, на пластическое поведение не ограничивается барьерным эффектом в соответствии с законом Холла-Петча. ГЗ генерируют, поглощают и пропускают дислокации, при этом происходит сложная перестройка границ [5,6]. В настоящее время доказано, что границы зерен являются активными элементами дефектной структуры поликристаллических материалов [2]. Чтобы понимать атомные механизмы, определяющие физические свойства поликристаллических материалов, и научиться, в полной мере, управлять ими, необходимо знать атомную структуру ГЗ и элементарных актов ее

свободы и в случае неблагоприятной ориентации позволяет ей понизить свою энергию посредством фасетирования. При этом граница разбивается на участки с большой поверхностной плотностью совпадающих узлов. Как показано в ряде работ, фасетированные границы широко распространены [3, 22-24]. В работе [25] установлено, что фасетчатое строение границы в поликристалличееком А1 устойчиво и сохраняется при длительных (до 500ч) высокотемпературных отжигах (Т=0,9Т1Ш). Это свидетельствует о более низкой энергии такой конфигурации по сравнению с плоской границей.
Понижение энергии специальных границ может быть достигнуто жесткими трансляциями одного зерна относительно другого [3]. Такие трансляции разводят перекрывающиеся атомы, расположенные вблизи совпадающих узлов. Сегрегация примесей на границе может приводить к заметному падению поверхностной энергии, о чем свидетельствуютмногие экспериментальные данные [1-3]. Так малые концентрации фосфора почти вдвое снижают поверхностное натяжение в железе, аналогичное влияние на медь оказывают примеси сурьмы и висмута [3]. Сегрегация бора на ГЗ в сплаве №зА1 также понижает энергию границ [33]. Экспериментально измеренные значения энергии ГЗ для некоторых металлов приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Энергия (в мДж/м2) различных границ зерен в металлах [3].
Тип границы А1 Си Ре №
обычная граница 380-625 600-646
[Ю0][phone]
[100][phone]
[110К111) 60-75
М 10|(П2) 550-650
Экспериментальные измерения энергии сопряжены с большими трудностями, поэтому расчеты выполненные методом компьютерного