Введение к работе
Актуальность проблемы
Установление соотношений между структурой и свойствами сплавов является одной из централных задач физик» конденсированного состояния. Хорошо известно, что изменение физических свойств систем во время их механической, термической или радиационной обработки связано с изменением атомного порядка в растворе. В частности, установлено влияние ближнего атомного порядка на электросопротивление материалов. Оно оказывает воздействие также на магнитные и гальваномагнитные свойства сплавов. Существует тесная взаимосвязь между дальним атомным и магнитным порядками. Возникновение ближнего порядка, имеющее место во время отжига, существенно влияет на динамику и фазовый состав полученного материала.
Изучение электронной структуры, фазового состава и кинетики фазовых превращении, а также распределения атомов компонентов внутри каждой из фаз и их перемещений, например в процессе старения материала, способствует разработке новых технологий, позволяющих получать материалы с желаемыми, заранее заданными свойствами. Эта проблема самым тесным образом связана с субмикроструктурой вещества, понимаемой в масштабах, соизмеримых с междуатомными расстояниями. Твердые растворы, имеющие практическое применение - это очень сложные системы. Кроме многокомпонентности и многофазности в структурном отношении они могут существовать как поликристаллические, аморфные или смешанные, аморфно-поликристаллические вещества. Изучение таких систем чрезвычайно осложняется еще и тем обстоятельством, что они
получаются на практике в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.
Обширный экспериментальный материал, полученный с помощью целого ряда взаимодополпяющихся экспериментальных методов, не может быть вполне осмыслен и систематизирован без адекватно развитых, современных методов молекулярной термодинамики твердого тела. Эта проблема очень важна также с точки зрения развития методов статистической физики в твердом теле и ее приложений. Научная новизна и практическая ценность работы
Диссертация написана на основе работ, выполненных
автором и под его научным руководством в Институте ядерных
исследований и ядерной энергетики в Софии - Болгария,
Институте ядерной химии н ядерной техники в Варшаве и
Институте атомной энергии в Сверке в Польше. Результаты этих
работ получены впервые и касаются вопросов, получивших
существенное развитие и подтверждение в последние годы. Эти
исследования проводились по трем различным направлениям:
1. Теоретическое исследование ближнего и дальнего атомного
порядка, в результате чего была разработана современная
теоретическая модель, позволяющая изучать атомный порядок
для широкого класса материалов. С ее помощью можно решать
ряд проблем из области термодинамики твердых растворов на
молекулярном уровне, что стимулирует развитие этого
направления, как в области фундаментальных исследований, так
и для более широкого применения разработанных в диссертации
методов при решении прикладных проблем.
-
Численное моделирование явлений, связанных с ближним и дальним атомным порядками в некоторых выбранных системах, в результате чего, с одной стороны, была проверена состоятельность разработанных теоретических моделей и, с другой стороны как самостоятельная задача, были получены впервые новые данные, связанные с атомным порядком в (]-латуни и углеродном мартенсите, в том числе в условиях, далеких от термодинамического равновесия и в частности - были установлены коренные различия характера атомного порядка в этих системах, а также объяснены причины существования различной тетрагональное мартенсита и ее поведения в процессе старения. Кроме того было предсказано существование целого ряда новых явлений как например наличие многообразия многочастичных кластеров углерода включая в предельном случае образование сверхструктуры, немонотонность поведения тетрагоналыюсти во время старения и других явлений.
-
Экспериментальное исследование процессов микродиффузии внедренного в системе Fe-C углерода, в результате чего, с одной стороны, был подтвержден ряд явлений, предвиденных нами теоретически, имеющих место в междурешеточном углеродном мартенсите и, с другой стороны, были исследованы процессы мнкроднффузии углерода в мартенсите в широком температурном интервале. Был обнаружен впервые ряд новых закономерностей поведения этой системы и в частности были обнаружены в этой системе временные пульсации параметров порядка. Было также исследовано влияние скорости закалки на атомный порядок, характер фазового превращения а => к мартенсита и другие явления. Полученные результаты имеют
непосредственное отношение к разработке новых технологий и указывают на неиспользованные до сих пор новые технологические возможности, в частности показывают новые пути при обработке холодом. Апробация работы
Работы, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на международных школах по физике конденсированного состояния в Варна-Болгария (1986, 1988, 1990), Краков-Закопане Польша (1995) Яшовец - Польша (1993, 1995), и национальных конференциях в Польше, и были опубликованы в материалах тех же конференций и в виде отдельных научных статей. Все результаты этих исследований, изложенные в диссертации, докладывались также на институтских семинарах в Институте ядерных исследований и ядерной энергетики в Софии -Болгария, Институте ядерной химии и техники в Варшаве и в Институте атомной энергии в Сверке - Польша. Публикации
Из общего числа 59 работ в основе настоящей диссертации легли 28 научных статей, опубликованных в большинстве в журналах международного значения Основные положения, выносимые на защиту
1. Разработка теоретического, методологически однородного метода, позволяющего решать вопросы атомного порядка для широкого класса многокомпонентных материалов, имеющих как кристаллическую структуру, так и аморфную в широком температурном интервале. По этому методу можно также исследовать сплавы, в которых присутствуют магнитные
компоненты, а их взаимодействия можно приблизить обобщенной моделью Изннга. 2. Получение новых физических результатов относительно атомного порядка в сплаве Cu-Zn и углеродном мартенсите путем численного моделирования с использованием вышеупомянутого теоретического метода, и в частности: а) Решение обратной задачи нахождения по экспериментальным значениям параметров порядка потенциалов взаимодействий и определение параметров ближнего порядка для р-латунн. Из совокупности полученных результатов однозначно следует, что в Р-латуни потенциалы взаимодействий близкодействующие, а дальний атомный порядок является доминирующим фактором по сравнению с ближним порядком, б) Определение по методу псевдопотенциалов потенциалов взаимодействий С-С в углеродном мартенсите для многих координационных сфер с радиусом, охватывающим расстояния до 6 решеточных постоянных, в результате чего установлено, что потенциалы взаимодействий С-С дальнедействующие, а ближний атомный порядок доминирует над дальним. В результате этого из первоначально свободных атомов углерода с течением времени образуются кластеры, сначала двухчастичные, а после того все большего и большего размера. Стабильным состоянием мартенсита является состояние со сверхструктурой. Кроме того, показано, что причиной существования дальнего порядка в сс-мартенсите является наличие внутренних напряжений со стороны зерен
остаточного аустенита, а остаточная тетрагональность к-
мартенснта - с образованием смешанных кластеров,
возникающих еще в фазе а.
3. Экспериментальные исследования атомного порядка и диффузии
углерода в углеродном мартенсите в низких температурах, и в
частности:
а) Обнаружение в а-мартенсите пульсационного процесса устанавливания термодинамического равновесия. Эти пульсации передаются на фазу к, что ведет к особому поведению системы вблизи фазового превращения. Такое поведение нельзя отнести ни к одному ш известных родов фазового превращения, б). Подтверждение существования явлений микродиффузии в азотных температурах, хотя из закона Аррениуса следует, что этот процесс должен быть в этих условиях полностью блокирован. Обнаружено, кроме того, влияние низких температур на дальнейшие процессы старения мартенсита, а также зависимость степени дальнего порядка от скорости охлаждения во время закалки, в) Экспериментальное подтверждение предсказанного нами теоретически немонотонного изменения тетрагоналыюсти а-мартенсита во время старения в низких температурах. СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ Объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Диссертация содержит 120 страниц машинописного текста, 17 рис.,
1 таб., 52 формул и список литературы, включающий 109
наименований.
