Введение к работе
Одной из главных задач, стоящих перед металлургической и металлообрабатывающей промышленностью, является создание и широкое внедрение новых металлических материалов с повышенными характеристиками, разработка высокоэффективных технологических процессов металлообработки. Решение этих задач возможно только при целенаправленном управлении свойствами металлов на основе знаний тонкой структуры. К числу важнейших структурных элементов, определяющих свойства металлических материалов, относятся границы зерен - один из основных дефектов кристаллического строения металлов.
За последние 15-20 лет достигнуты значительные успехи в изучении структуры и поведения границ зерен. Эти успехи связаны с появлением новых данных о кристаллогеометрии границ зерен и их атомном строении благодаря совершенствованию экспериментальных методов высокого разрешения, а также развитию машинного моделирования.
Согласно современным представлениям, границей зерен следует считать область, где координация атомов иная, чем в совершенной решетке. Моделирование границ зерен на ЭВМ дает возможность глубже проникнуть в их сущность. С помощью вычислительной техники можно проводить значительно более реалистический анализ границ хотя бы просто потому, что ЭВМ позволяет рассматривать границы зерен, состоящие из огромного числа атомов.
Для современных моделей границ зерен характерна высокая степень детализации. Например, в модели с зерногранич-ными дислокациями расположение атомов в границах задается с точностью, составляющей доли атомного диаметра. Такая детализация позволяет с успехом решать многие задачи механики поликристаллов. В то же время она связана с введением значительного числа параметров, что существенно усложняет описание строения и свойств границ.
При решении значительного числа задач, в частности, связанных с анализом термодинамических свойств, более удобным является такое описание, которое содержит мини-
мальное число параметров. Естественно, что уменьшение числа параметров приводит к более или менее сильно выраженному обобщенному, интегральному характеру этих параметров. Метод приведенных ячеек Вигнера-Зейтца позволяет описывать структуру границ зерен, используя единственный параметр - параметр беспорядка, что и определяет актуальность данной работы.
В работе были поставлены следующие цели:
-
разработать методику компьютерного моделирования границ зерен, позволяющую рассчитывать обобщенный параметр беспорядка в схеме приведенных ячеек Вигнера-Зейтца. Создать пакет программ для реализации этой методики;
-
получить зависимость параметра беспорядка на границах зерен от угла разориентировки для различных кристаллических решеток и разных ориентировок границы;
3) установить связь между параметром беспорядка и
энергией межатомного взаимодействия.
Научная новизна проведенных в работе исследований заключается в следующем:
а) разработана оригинальная методика компьютерного
моделирования границ зерен, которая позволяет рассчитывать
параметр беспорядка в схеме приведенных ячеек Вигнера-
Зейтца;
б) впервые получены зависимости параметра беспорядка
от угла разориентировки для различных кристаллических
решеток при разных направлениях оси разворота;
в) впервые проведены расчеты параметра беспорядка, об-
условленого дислокациями, установлена зависимость этого
параметра от угла разориентировки для малоугловых
(дислокационных) границ;
г) установлена связь между параметром беспорядка и
энергией межатомного взаимодействия для различных кри
сталлов.
На защиту выносятся:
- методика расчета и пакет программ на языках TBASIC и TPASCAL, предназначенных для расчета параметра беспорядка, обусловленного границами зерен в кристаллах, а также для решения ряда связанных с этой проблемой задач;
систематизированные результаты машинного моделирования границ зерен и расчета параметра беспорядка в кристаллах с ПКР, ОЦК и ГЦК решетками;
методика и результаты расчета взаимосвязи между параметром беспорядка и энергией межатомного взаимодействия;
результаты расчета зернограничной энергии в зависимости от ориентации границы.
Практическое значение результатов работы заключается в следующем:
- полученные в работе результаты позволяют с новых по
зиций провести анализ геометрических и термодинамических
аспектов проблемы межзеренных границ в поликристаллах;
- разработанные программы на языках TBASIC и
TPASCAL могут быть использованы работниками вузов,
исследовательских институтов, а также аспирантами и студен
тами старших курсов, занимаюищхся моделированием границ
зерен.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на:
II Всесоюзном совещании "Метастабильность фазовых состояний - теплофизических свойств и кинетика релаксации" (Свердловск, 1989);
IV Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов" (Уфа, 1989);
XII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989);
VI Республиканской научно-технической конференции "Демпфирую-щие металлические материалы" (Киров, 1991);
XIV Международной научной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов" (Самара, 1995);
- III Российско - Китайский симпозиум " Актуальные проблемы современного материаловедения" (Калуга, 1996);
- научном семинаре профессора Е.В.Воскресенского по
прикладной математике при Мордовском гос. ун-те им.
Н.П.Огарева (Саранск, 1997).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 4 глав, содержит 145 страниц машинописного текста, включая 58 рисунков, 7 таблиц, библиографию из 134 наименований и приложения.
