Введение к работе
Актуальность и состояние проблемы. Технический прогресс невозможен без разработки новых перспективных материалов Ресурс традиционных методов, за счет которых достигалось улучшение свойств материалов в прошлом, в значительной степени исчерпан Установлено, что успешное модифицирование свойств материалов достигается обработкой их в далеких от равновесия условиях Такая обработка включает экстремальное воздействие (облучение, интенсивная пластическая деформация и т п) с последующей фиксацией метаста-бильного состояния Материалы, полученные таким путем, обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с традиционными
Облучение и интенсивная пластическая деформация характерны инжекцией в металлическую систему значительных порций энергии Однако, диссипация этой дополнительной энергии приводит к различным результатам В случае облучения увеличивается склонность сплавов к расслоению, к появлению выделений в той области, где они в равновесной ситуации не наблюдаются При интенсивной пластической деформации, наоборот, синтезируются однородные твердые растворы, которые традиционными методами получены быть не могут.
Теория, претендующая на адекватное описание поведения металлических систем при экстремальных воздействиях, требует разработки соответствующих математических моделей, анализа уравнений модели и последующего сравнения результатов вычислений с экспериментальными
Цель работы - разработка математической модели воздействия облучения и интенсивной пластической деформации на фазовые переходы твердых растворов
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи
вывод уравнений математической модели процессов в бинарной системе в модификациях, различных для радиационного воздействия и для интенсивной деформации,
анализ диффузионных уравнений методом малых возмущений и получение условий для концентрационных и температурных границ стабильности твердых растворов,
вычисление пространственного масштаба расслоения и сравнение с экспериментом (на примере системы Pb+Sn),
-проведение расчетов образования выделений в ненасыщенных твердых растворах при облучении на примере систем Zn+Al, Ni+Si,
проведение расчетов образования твердых растворов из "не-смешиваемых обычными способами" компонентов при интенсивной пластической деформации на примере систем Fe+Cu, Ti+Al,
разработка модели для объяснения разрушения нанокристалли-ческих зерен
Научная новизна работы заключается в том, что впервые
- предложена математическая модель динамических процессов в
бинарном сплаве в двух модификациях (в случае облучения и при пла
стической деформации),
-получены условия границ стабильности твердого раствора при облучении и механоактивации на основе анализа уравнений математической модели,
- получено согласие расчетов с экспериментальными фактами для
облученных ненасыщенных растворов Zn+Al и Ni+Si,
-получено выражение для предела дисперсности металлов при интенсивной пластической деформации,
получено удовлетворительное согласие расчетов с экспериментальными фактами для механического синтеза растворов Fe+Cu и Ti+Al,
предложена математическая модель потери стабильности на-нокристаллического зерна, объясняющая появление аморфных фаз при интенсивной пластической деформации
Научно-практическая значимость работы. Созданная математическая модель позволяет прогнозировать поведение твердых растворов при экстремальных внешних воздействиях Полученные результаты являются основой для выработки рекомендаций по созданию металлических материалов с заранее заданными свойствами Результаты могут быть полезны специалистам, занимающимся проблемами радиационного материаловедения и механоактивированного синтеза
На защиту выносятся следующие положения:
Предлагаемая математическая модель фазовых превращений при облучении сплавов объясняет появление выделений в ненасыщенных твердых растворах, смещение температурных границ расслоения
Предлагаемая математическая модель фазовых превращений при интенсивной пластической деформации сплавов объясняет образование "пересыщенных" твецдых растворов, синтез однородных растворов из "несмешиваемых другими способами компонент"
3 Перемешивание элементов, образование аморфных фаз при ме-ханоактивации объясняются моделью потери стабильности нанокри-сталлического зерна
Достоверность результатов обеспечена адекватным применением линейной термодинамики, непротиворечивостью разработанных математических моделей и сравнением результатов расчетов в рамках данных моделей с экспериментальными результатами для ряда сплавов
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях
-VII Международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах Компьютерное моделирование", Усть-Каменогорск, Казахстан, 25-29 июня 2003 г,
III Семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по "Теплофизике и теплоэнергетике", Барнаул, 18-20 сентября 2003 г ,
Всероссийская научная конференция молодых ученых "Наука Технологии Инновации", Новосибирск, 4-7 декабря 2003 г.,
IV Международная конференция "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах", Томск, 12-19 августа 2004 г,
Международная конференция "Новые перспективные материалы и технологии их получения", Волгоград, 20-23 сентября 2004 г ,
Девятая международная конференция "Физико-химические процессы в неорганических материалах", Кемерово, 22-25 сентября 2004 г,
III Российская научно-техническая конференция "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 17-18 ноября 2005 г ;
2nd International Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials, September 10-15, 2006, Tomsk, Russia,
Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы получение, свойства, применение IV Ставеровские чтения", Красноярск, 28-29 сентября 2006 г ,
-9 Международная научная конференция "Физика твердого тела", Караганда, 5-7 октября 2006 г ,
- Всероссийская конференция "От наноструктур, наноматериалов
и нанотехнологий к наноиндустрии", Ижевск, 27-29 июня 2007 г
Основные результаты опубликованы в 20 работах В рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень обязательных изданий ВАКа, опубликовано 4 статьи
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка публикаций по теме диссертации и списка литературы Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 4 таблицы, библиофафический список из 121 наименования
Похожие диссертации на Математическое моделирование стабильности твердых растворов при облучении и механоактивации
