Введение к работе
Актуальность. Изучение кристаллической структуры 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.
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 ее проведения. 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. Другие авторы продолжают придерживаться позиций классической теории зародышообразования. Большинство же исследоваелей рассматривают системы как обладающие возможностью распада по тому или другому механизму в зависимости от их концентрационно-температурньгх характеристик. Существует еще одна группа исследователей, которые считают, что существует "плавный переход" от механизма зарождения к спинодальному, и что спинодаль как линия, разделяющая эти альтернативные механизмы, не существует.
С точки зрения химической термодинамики характер межатомного взаимодействия в твердых растворах обусловлен тенденцией разноимменных 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 растворов, полученные методом компьютерного моделирования, обычно рассматривались как протекающие аналогично процессу расслоения, а иногда при изучении распада сплавов даже не делалось никаких попыток разделить сплавы как
упорядочивающиеся и расслаивающиеся. В связи с этим, исследование, представленное в настоящей диссертационной работе, где было проведено такое разделение, представляется актуальным.
Цель и задачи работы. Целью данной работы является изучение процессов, происходящих при распаде твердых растворов, имеющих как отрицательное, так и положительное отклонения от закона Рауля, методами компьютерного моделирования и сопоставление полученных результатов с данными электронной микроскопии
В соответствие с этой целью в работе решались следующие задачи:
-
Создание модели релаксации свободной энергии, в которой возможность флуктуационного преодоления энергетического барьера не рассматривается, но учитывается и учитывающий также различие в кинетике процесса распада для случаев расслоения и упорядочения;
-
Математическое описание процессов, происходящих при распаде бинарных твердых растворов, по предложенной модели методами статистической физики;
-
Получение микроструктур распада сплавов с кубической решеткой на различных стадиях старения и сравнение их с соответствующими экспериментальными данными.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Модель релаксации свободной энергии для твердых растворов, распад которых происходит как следствие расслоения или как следствие упорядочения;
-
Результаты структурного исследования бинарных твердых растворов с кубической решеткой методом компьютерного моделирования для различных темпсрагурно-концентрационных условий эксперимента и для различного типа химического взаимодействия.
Научная новизна. Разработанная модель релаксации свободной энергии впервые рассматривает эволюцию свободной энергии при изотермическом старении для двух возможных типов химического взаимодействия между атомами компонентов твердого раствора. Компьютерное моделирование, проведенное на основании этой модели, позволяет получить совокупность картин микроструктур на начальных стадиях старения, когда электронная микроскопия еще бессильна.
Апробация работы. Основные результаты, полученные при работе над диссертацией, докладывались и обсуждались на:
- 3-й Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1997);
- XTV Уральской школе металловедов - термистов
«Фундаментальные проблемы физического металловедения
перспективных материалов» (Ижевск, 1998).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4
