Локально-неравновесное описание массопереноса в металлических системах при воздействии концентрированными потоками энергии

• Автор: Сидорова, Евгения Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
Процессы переноса, возникающие при воздействии на материалы концентрированными потоками энергии и способы их описания
1.1. Введение
1.2. Основные этапы и направления развития теории переноса
1.2.1. Локально-равновесные теории
1.2.2. Феноменологические модели
1.2.3. Локально-неравновесные теории
1.3. Анализ явлений переноса с учетом временной нелокальное™
1.3.1. Высокоскоростная кристаллизация
1.3.2. Формирование микроструктуры
1.4. Постановка задач исследования
ГЛАВА
Вывод уравнений переноса в рамках расширенной необратимой термодинамики с учетом пространственно-временной нелокальности
2.1. Эволюционные уравнения для диссипативных потоков
2.2. Обобщенные уравнения массопереноса
ГЛАВА
Общие свойства решений локально-неравновесных уравнений диффузии с разными краевыми условиями
3.1. Решение уравнения диффузии с учетом временной нелокальности
3.2. Локально неравновесный массоперенос в полуограниченном твердом
теле
3.2.1. Краевая задача для концентрации примесных атомов
3.2.2. Краевая задача для плотности потока частиц

3.2.3. Результаты моделирования и их анализ
3.3. Локально-неравновесный массоперенос в образце конечной толщины
3.3.1. Постановка краевой задачи и методы ее решения
3.3.2. Результаты моделирования
ГЛАВА
Описание высокоскоростной перекристаллизации бинарных сплавов с учетом пространственно-временной нелокальности
4.1. Математическая модель высокоскоростной кристаллизации
4.2. Общие закономерности массопереноса при высокоскоростном затвердевании
4.3. Размер формирующейся микроструктуры
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ Вывод эволюционных уравнений для
диссипативных потоков
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одним из перспективных направлений получения материалов с качественно новыми свойствами является модифицирование их приповерхностных слоев концентрированными потоками энергии (КПЗ) высокой мощности. В качестве КПЗ используется лазерное излучение, мощные (сильноточные) электронные пучки, мощные ионные пучки [1-6]. В настоящее время в той или иной степени развиваются все эти направления. Изменения свойств металлов и сплавов при использовании методов КПЭ-технологий в большинстве случаев обусловлены одновременным или раздельным действием теплофизических (термообработка), металлургических (легирование) и ударно-волновых (деформация) процессов, вызывающих структурно-фазовые превращения в металлических материалах. При этом могут быть созданы экстремальные условия прохождения этих процессов.
Из основных процессов, которые приводят к модификации поверхностных свойств материала при данном виде радиационной обработки, можно выделить изменение микроструктуры при перекристаллизации и интенсивный массо-перенос примесных атомов и компонентов сплава вглубь обрабатываемого материала. Решающие значение при формировании свойств материала имеют условия процесса затвердевания, к которым, в частности, относится скорость охлаждения тонкого приповерхностного слоя после оплавления. По проведенным количественным оценкам [2, 7—11] она может достигать значений 106— 1011 К/с в зависимости от удельной мощности поглощенного потока, длительности облучения и теплофизических характеристик обрабатываемого материала. Кроме того, расчеты температурных полей в металлических системах показывают [9, 12, 13], что средняя скорость затвердевания расплава по порядку величины совпадает со скоростью распространения концентрационных возмущений У0 в среде (для расплавов металлов Ко —1—10 м/с [14]). В этой ситуации массоперенос при высокоскоростном плавлении и затвердевании протекает, по-видимому, в локально-неравновесных условиях, что, в результате, позволяет получать материалы с уникальными физико-химическими свойствами, представляющими боль-

временную нелокальность процессов переноса, так и перекрестные эффекты. Локально-неравновесные модели Соболева и Галенко учитывают только временную нелокальность процесса массопереноса при кристаллизации и формировании микроструктуры. Представляет интерес проанализировать эти процессы с учетом не только временной, но и пространственной нелокальности.
В соответствии с целью диссертационной работы были поставлены следующие задачи:
1. Вывести уравнения массопереноса в бинарной системе с учетом пространственно-временной нелокальности и перекрестных эффектов в рамках формализма расширенной необратимой термодинамики. На основе эволюционных уравнений для обобщенных потоков развить физико-математическую модель локально—неравновесного массопереноса в бинарных системах, подвергаемых воздействиям КПЭ.
2. Определить влияние локально-неравновесных эффектов на массопе-ренос в металлических системах при облучении КПЭ, опираясь на модельные расчеты.
3. Применить развитую модель массопереноса с учетом пространственной и временной нелокальности в бинарных системах для исследования общих закономерностей высокоскоростной перекристаллизации, возникающей при облучении материалов КПЭ.
4. Исследовать в рамках развиваемой модели высокоскоростного затвердевания и гипотезы маргинальной устойчивости влияние различных параметров па формирование кристаллической микроструктуры при перекристаллизации, обусловленной воздействием КПЭ.