Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что границы зерен (ГЗ) являются активным элементом в структуре поликристаллических материалов. Они играют важную роль в зарождении и аннигиляции дефектов решетки, обуславливают развитие специфических зернограничных процессов, таких как проскальзывание и миграция. Достижения последних лет в исследовании различных вопросов, связанных с границами зерен, возможности экспериментальной аттестации границ в реальных поликристаллах и прямого наблюдения атомной структуры позволили вплотную подойти к выяснению поведения границ зерен при пластической деформации, разрушении и рекристаллизации. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные возможности и накопленные данные являются хорошей основой для ускорения решения проблемы связи структуры границ зерен и свойств металлов.
Знания об атомной струїстуре границ зерен и о механизмах их влияния на физико-механические свойства поликристаллов значительно менее полны, чем, например, об атомной структуре и свойствах точечных дефектов и дислокаций. Границы зерен являются единственным типом дефектов кристаллического материала, об атомной структуре которых еще нет общепринятых представлений. Чтобы понимать атомные механизмы, определяющие физические свойства поликристаллических материалов, и научиться в полной мере управлять этими свойствами, необходимы знания об атомной структуре границ и элементарных актах ее перестройки.
Целью работы является исследование методами компьютерного моделирования атомной структуры и энергии произвольных границ зерен наклона в металлах и упорядоченных сплавах на основе кубической решетки. Определение стабильных и метастабильных состояний границ зерен и механизмов ее перестройки из одного состояния в другое. В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: 1. Разработать методику расчета структурно-энергетических характеристик произвольных границ зерен наклона в рамках атомно-дискретной модели.
-
ї-ісследовгть атомную структуру и ^черию симметричных границ зерен нслгюгіи ."Зщ-го и специального типов з г/.еталлах и упорядоченных сплавах с кубической решеткой.
-
Рассчитать зависимости энергии границ зерен от угла разориентации соседних кристаллитов.
-
Исследовать процессы перестройки атомной структуры границ зерен при поглощении и испускании вакансий.
Научная новизна. Разработана методика расчета атомной структуры и энергии стабильного состояния границ зерен при произвольных углах разориентации в атомно-дискретной модели. Рассчитаны зависимости энергии границ зерен от угла разориентации. Обнаружен ряд новых особенностей энергетической зависимости: осциллирующий характер, скачкообразные изменения энергии, связанные со сменой типа структурных единиц и изменением порядка. Исследован механизм испускания и поглощения вакансий границами зерен. Впервые обнаружен эффект асимметрии процеса испускания и поглощения вакансий.
Практическая и научная ценность настоящей работы заключается в том, что результаты работы могут быть использованы для исследования процессов, проходящих с участием границ зерен. Структура ядра ГЗ является важной для понимания процессов взаимодействия ГЗ с вакансиями, образования сегрегации примесных атомов, диффузионных процессов. Зависимость энергии ГЗ от угла разориентации может быть использована для прогнозирования статистики ГЗ. Атомная структура является важной для интерпретации электронно-микроскопических изображений высокого разрешения. Рассчитанные энергетические характеристики устойчивых состояний, данные по перестройкам ГЗ могут использоваться при исследовании процессов зернограничного проскальзывания, ползучести, сверхпластичности, взаимодействия ГЗ с дислокациями.
Защищаемые положения:
-
Методика компьютерного моделирования атомной структуры и энергии стабильного и метастабильных состояний произвольных границ зерен наклона [100] в металлах и упорядоченных сплавах.
-
Результаты расчетов атомной структуры стабильного состояния границ зерен общего типа и варианты перестройки границ зерен в мета-
стабильные состояния.
-
Механизм поглощения и испускания вакансий границами зерен общего типа имеет асимметричный характер. Генерация вакансий требует больше энергии, чем их поглощение.
-
Зависимость энергии границ зерен от угла разориентации имеет осциллирующий характер, связанный с атомно-дискретной структурой сопрягающихся кристаллитов. На зависимостях имеются скачки энергии, возникающие при смене типа структурных единиц.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на международных и российских конференциях:
XIV Уральской школе "Фундаментальные проблемы материаловедения перспективных материалов", Ижевск (1998);
MRS Spring Meeting'98, Сан-Франциско, США (1998);
IV международной школе-семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул (1998);
Второй конференции "Материалы Сибири", Новосибирск (1998)
The 5lh IUMRS International Conference on Advanced Materials, Пекин, Китай(1999)
VI международной научно-техническая конференции "Актуальные проблемы материаловедения", Новокузнецк (1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ.
Объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 122 наименования.
Похожие диссертации на Атомная структура и энергия общих границ зерен наклона типа [100] в кубических кристаллах
