Исследование процессов расслоения и фазообразования в бинарных сплавах замещения

• Автор: Корецкий, Владимир Павлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
'1.1. Теория зарождения роста
1.2. Спинодальный распад
1.2.1. Теория Кана
1.2.2. Термическая составляющая
1.3. Статистическая теория распада твердых растворов
1.3.2. Статистическая теория Лангера
1.3.3. Теория зародышеобразования Биндера
1.3.4. Нелинейное представление теории Кана - подход ТМиязаки
1.4. Статистическая теория фазовых превращений в твердых растворах
1.4.1. Компьютерное моделирование процессов выделения интерметаллидов
ГЛАВА 2. КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ РАСПАДА БИНАРНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ
2.1. Процесс расслоения твердого раствора
2.1. Образование новой фазы из твердого раствора
ГЛАВА 3. МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
1.1. Точность МЕТОДА
3.2. Устойчивость
3.2.1. Устойчивость метода Эйлера в случае моделирования процессов расслоения
3.2.1. Устойчивость мепюда Эйлера в случае моделирования процессов упорядочения (решение систем дифференциальных уравнений)
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСПАДА БИНАРНЫХ СПЛАВАХ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Исследование процессов расслоения в бинарных сплавах
4.2. Исследование процесса выделения интерметаллидов в бинарном твердом растворе, с квадратной решеткой
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ТАБЛИЦЫ И ИЛЛЮСТРАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Введение.
Актуальность Наиболее распространенные методы получения материалов с определенными магнитными, механическими, электрическими и другими свойствами основаны на широком использовании фазовых превращений в сплавах. Свойства сплавов теснейшим образом связаны с их структурным, кристаллическим и субмикроскопическим состоянием. Особенно ценными физическими свойствами обладают стареющие сплавы с высокой степенью дисперсности фазовых составляющих. В современной технике используются сплавы как в однофазном состоянии, так и в многофазном состоянии. В первом случае свойства материала во многом определяются его кристаллической решеткой и составом, во втором случае свойства материала определяются составом, дисперсностью интерметаллидных включений, когерентностью кристаллической решетки включений с решеткой основной матрицы, то есть морфологией твердого раствора. Таким образом, изучение морфологической и кристаллической структур сплавов имеет большое научное и практическое значение. Обширный экспериментальный материал, по изучению структур различных сплавов, накопленный к настоящему моменту, не может быть систематизирован без соответствующего развития теоретических представлений.
Современная теория фазовых переходов имеет длинную историю, началом которой можно считать работы Гиббса по исследованию агрегатных превращений жидкость-пар, твердое тело-жидкость. Начав свое развитие с простого феноменологического подхода, теория фазовых переходов представляет собой к настоящему времени достаточно сложную совокупность знаний, основанную на методах термодинамики и статистической физики. Несмотря на это, в современном металловедении экспериментальные данные продолжают интерпретироваться с точки зрения

классической теории, использующей графический метод Гиббса. Применение последнего приводит к разделению процессов распада твердого раствора на процессы, проходящие по механизму зарождения-роста, и на процессы, проходящие по спинодальному механизму, хотя формальные признаки, по которым можно было бы провести такую классификацию, не могут рассматриваться как достаточные для проведения этой классификации. Многие авторы, специализирующиеся в теории фазовых превращений в твердых растворах, приходят к заключению, что в твердых растворах процессы распада происходят только по спинодальному механизму, механизм же зарождения-роста невозможен в связи с крайне малой вероятностью образования зародыша с радиусом, превышающим критический, например в [1] приведен расчет вероятности такого процесса на примере сплава 94%Ге-6%Мо, находящегося в двухфазной области «вне спинодали». Расчет показал, что вероятность возникновения флуктуации в одну элементарную ячейку фазы Ге2Мо равна по порядку 10'23 Другие авторы продолжают придерживаться позиций классической теории зародышеобразования. Но большинство исследователей рассматривают системы обладающие возможностью распадаться по тому или иному механизму в зависимости от температуры и состава. Существует еще одна группа исследователей, которые считают, что существует «плавный» переход от механизма зарождения и роста к спинодальному и что спинодаль как линия разделяющая эти альтернативные механизмы на фазовой диаграмме, не существует.
С точки зрения химической термодинамики характер межатомного взаимодействия в твердых растворах обусловлен тенденцией разноименных атомов либо к взаимному притяжению (упорядочение), либо к отталкиванию (расслоение). Однако такое взаимодействие ни в теории зарождения и роста, ни в теории спинодального механизма распада не рассматривалось и не учитывалось. Более того, результаты исследования упорядочения твердых

В теории Биндера существует ряд недостатков. Во-первых, она не учитывает искажения решетки при формировании кластеров в твердых растворах и соответственно связанные с ними упругие напряжения. Во-вторых, она предполагает существование в начальный момент времени старения кластеров атомов В в матрице А. В- третьих, не рассматривается химическое взаимодействие кластеров. И, наконец, в-четвертых, Биндер определяет «постепенный переход от механизма зарождения-роста к спинодальному», пренебрегая при этом тем, что эти механизмы являются альтернативными, так как диффузионные потоки при реализации того и другого направлены в противоположные стороны.
1.3.4. Нелинейное представление теории Кана - подход Т.Миязаки.
Подход, предложенный Каном-Хиллардом имел, как уже говорилось, ряд недостатков, одним из которых - является пренебрежении в записи свободной энергии членами более высоких порядков, чем второй. Авторы [26] рассмотрели модель Кана-Хилларда в нелинейном приближении. Свободная энергия была записана в полиномиальной форме:
Такая запись представляет собой аппроксимацию любой формы кривой свободной энергии как функции от с.
Коэффициент диффузии, по определению, можно записать через £ следующим образом:

Яс) = X ап°п
(1.82)
(1.83)