WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВА Юлия Викторовна

РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ФАСЕТИРОВАННЫХ МЕЖЗЕРЕННЫХ ГРАНИЦАХ

Специальность: 01.04.07 – Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Воронеж - 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный Кульков Виктор Геннадьевич, руководитель: доктор физико-математических наук, доцент, филиал «Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Волжском, заведующий кафедрой общей физики Официальные Даринский Борис Михайлович, оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный университет, профессор кафедры материаловедения и индустрии наносистем;

Бугаков Александр Викторович, доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры физики Ведущая ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный организация: университет имени Г.Р. Державина»

Защита состоится 11 декабря 2012 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.06 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан 8 ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Горлов М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Представления о межзеренных границах как плоских поверхностях раздела со статистически однородной атомной структурой, принимавшиеся на ранних стадиях изучения этого вида дефектов, являются в определенной степени упрощенными и идеализированными. Реальные границы содержат различного рода несовершенства, либо влекущие неоднородность их атомной структуры и оставляющие их плоскими в атомном масштабе, либо отклоняющие их от плоской конфигурации и придающие им извилистую, фасетированную или ступенчатую форму. Реалистические модели зернограничных процессов, таких как зернограничное проскальзывание, миграция, трещинообразование, должны строиться с учетом истинного строения границ и принимать во внимание наличие дефектов – зернограничных дислокаций, уступов, ступенек, различно ориентированных фасеток, линий их стыков и т. д. В некоторых случаях описание зернограничных свойств затруднительно или даже вообще невозможно без привлечения приведенных понятий.

Проскальзывание по границам зерен дает значительный вклад в пластическую деформацию поликристаллического агрегата. В особенности роль этого процесса возрастает в явлении сверхпластичности, где оно считается основным механизмом. Диссипация энергии механических колебаний в поликристаллах также в значительной степени имеет зернограничный характер и в основном обусловлена проскальзыванием. Эти вопросы ранее изучались в основном для границ зерен плоской геометрии. В связи с реальным строением границ, не являющихся, как правило, плоскими, исследование их релаксационных свойств является весьма актуальным.

Структура и свойства указанного вида границ существенно зависят от тех процессов, которые приводят к их образованию. Такие процессы можно разделить на два вида – при стремлении системы к равновесному состоянию и процессы, протекающие в существенно неравновесных условиях. К первому виду относится фазовый переход фасетирования границ зерен. Детали этого процесса долгое время оставались неизвестными. Поэтому модели его кинетики также заслуживают особого внимания материаловедов. В предлагаемой работе рассматриваются приведенные выше релаксационные процессы, проскальзывания по границам зерен, имеющим протяженные дефекты, их внутреннее трение, а также кинетика образования зародышей фасетирования границы.

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР филиала Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском: МиМ–1–Б–08 «Математическое моделирование структурных релаксационных процессов на межзеренных границах в поликристаллических материалах»; ОФ -1 –Б -11 «Релаксационные свойства границ раздела в ультрамелкозернистых материалах» Цель и задачи работы.

Целью работы является развитие теоретических представлений о влиянии мезоскопических дефектов, отклоняющих межзеренные границы от плоской конфигурации, на релаксационные свойства границ. Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи.

1. Разработать модель межзеренного проскальзывания вдоль границ зерен общего типа, содержащих протяженные микронесплошности и ступеньки, под действием внешнего сдвигового напряжения.

2. Исследовать процессы диссипации энергии на границах зерен, содержащих ступеньки и микронесплошности, а также найти величину внутреннего трения на таких границах. Установить ее зависимость от геометрических параметров границы, температуры и частоты колебаний.

3. Определить основные механизмы образования зародышей фазового перехода фасетирования межзеренных границ с одно- и двумерной фасетированной структурой.

Научная новизна.

Установлено, что граница, содержащая ступеньки и микронесплошности под воздействием приложенного вдоль нее внешнего сдвигового напряжения является источником или стоком вакансий в объеме зерна. Мощность источников и стоков определяется параметрами структуры границы.

Разработана модель внутреннего трения на ступенчатых границах зерен с протяженными микронесплошностями. Установлено, что зависимость фона внутреннего трения от частоты и температуры имеет два сменяющих друг друга участка с различными параметрами.

Создана модель образования и роста зародышей фасетированной структуры на плоских границах.

Практическая значимость работы.

Полученные в работе результаты изучения релаксационных свойств межзеренных границ имеют важное научное и практическое значение и служат дальнейшему развитию представлений о строении и свойствах границ.

Достигнутый уровень понимания механизмов релаксационных процессов, происходящих на межкристаллитных границах, является основой прогнозирования поведения материалов с возможностью управления их свойствами.

Положения, выносимые на защиту.

1. Скорость межзеренного проскальзывания по границам, содержащим только ступеньки или ступеньки и микронесплошности, является линейной функцией напряжений. Во втором случае граница зерна является стоком или источником вакансий в объем зерна, плотность такого потока зависит от структуры границы и величины приложенных сдвиговых напряжений. В процессе проскальзывания изменяется объем микронесплошности.

2. На границах зерен, содержащих ступеньки и протяженные микронесплошности, зависимость логарифма произведения температуры на величину внутреннего трения в функции обратной температуры состоит из двух прямолинейных участков. В области низких и высоких частот величина внут -реннего трения пропорциональна -1 и соответственно. При этом эффективная энергия активации изменяется в два раза, имея большее значение при высоких температурах.

3. Скорость образования зародышей фазового перехода фасетирования межзеренной границы, способных к дальнейшему росту, определяется энергетическими и геометрическими параметрами границы, а также температурой. Кинетика процесса и форма критических зародышей различны для границ с одно- и двумерной фасетированной структурой.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на 14 международных и всероссийских научных конференциях: XI Международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (Тула, 2007); Второй международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2007); V Российской школы «Науки и технологии» (Миасс, 2008); 47 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Нижний Новгород, 2008); Открытой школеконференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы – 2008» (Уфа, 2008); V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2008); Межрегиональной научно-практической конференции «Моделирование и создание объектов энерго- и ресурсосберегающих технологий» (Волжский, 2009); Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентовфизиков и молодых ученых (Волгоград, 2010); V Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (Тамбов, 2010); VII Международной научной школе-конференции «Фундаментальное и прикладное материаловедение» (Барнаул, 2011); Вторых Московских чтениях по проблемам прочности, посвященных 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна (Москва, 2011); IV Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2011);

VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2011); XXI Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», посвященной 80летию Магнитогорского металлургического комбината (Магнитогорск, 2012), а также на 5 межвузовских конференциях.

Публикации и личный вклад автора.

По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Определение направления исследований, обсуждение полученных результатов и подготовка публикаций осуществлялись совместно с научным руководителем доктором физико-математических наук, доцентом Кульковым В.Г.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, соискателю принадлежат: [1 – 16] - получение основных результатов и проведение оценки численных значений полученных величин. Работа [17] выполнена диссертантом самостоятельно.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 175 наименований. Работа изложена на 102 страницах, содержит 21 рисунок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задача исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна полученных результатов и практическая значимость проблемы, приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях автора по данной теме, структуре и объеме работы.

В первой главе приведен краткий литературный обзор по теме диссертации, в котором затронуты вопросы моделей строения межзеренных границ, образование микронесплошностей на границах, а также межзеренное проскальзывание.

Во второй главе определено влияние микронесплошностей на проскальзывание по ступенчатой межкристаллитной границе.

Предлагаемая модель рассматривает границы общего типа с углами взаимной разориентации зерен, отличными от специальных. По поверхности межзеренной границы периодически располагаются ступеньки чередующихся знаков (рис. 1). Проскальзывание осуществляется под действием внешнего сдвигового напряжения , приложенного вдоль границы. Ступеньки обоих знаков обозначены цифрами 1 и 2. Каждая из них в этих условиях является концентратором напряжений. На ступеньке 1 имеются нормальные напряжения сжатия в направлении оси х, нормальном к ступеньке, а на ступеньке 2 - напряжения растяжения.

Рис. 1. Геометрическая конфигурация ступенчатой границы.

Наличие нормальных напряжений на ступеньках приводит к изменению химического потенциала вакансий вблизи них, и ступеньки становятся источниками и стоками вакансий. Из решения одномерного стационарного уравнения диффузии для избыточной концентрации вакансий в границе между ступеньками определена скорость проскальзывания, которая является линейной функцией внешнего сдвигового напряжения, а выражение, стоящее в скобках, представляет собой эффективную вязкость для границы, содержащей ступеньки противоположных знаков:

- kTd = + , (1) 4 DВ S 2 где – атомный объем, k – константа Больцмана, T – абсолютная температура, – вязкость плоских участков границы по отношению к проскальзыванию, – толщина границы, d – высота ступеньки, DВS = C0B DB - зернограничный коэффициент самодиффузии, C0B – равновесная зернограничная концентрация вакансий в отсутствие напряжений, DВ – зернограничный коэффициент диффузии вакансий.

Релаксация системы вблизи ступеньки с растягивающим напряжением достаточной величины может происходить путем образования цилиндрической поры (рис. 2). Это особенно вероятно в субмикрокристаллических и нанокристаллических материалах, где внутри зерна отсутствуют дислокации, вследствие наличия эффекта изображения. Вследствие этого пластическая релаксация вблизи ступеньки затруднена.

В работе обсуждается возможность такого механизма образования микронесплошности и приведена оценка критического напряжения, необходимого для этого.

Неизбежное наличие сжатий и растяжений приводит к возникновению вакансионных потоков, как в самой границе, так и из границы в объем зерна. Последний возникает из-за нескомпенсированности зернограничных источников. Процесс проскальзывания контролируется диффузионными потоками вакансий между микронесплошностью и смежной напряженной ступенькой, а также между микронесплошностью и объемными стоками вакансий.

Рис. 2. Фрагмент геометрической конфигурации ступенчатой границы, содержащей микронесплошность.

Вакансии, испущенные зернограничным источником, в течение некоторого времени двигаются вдоль границы, находясь с ним в квазиравновесии, после чего преодолевают потенциальный барьер и уходят в объем. Эффективным источником является вся доступная в этом смысле диффузионная область.

Для определения скорости взаимного движения зерен в работе решена диффузионная задача для вакансий, определены потоки вакансий и на этой основе найдено выражение для скорости проскальзывания. Рассматривая различные геометрические соотношения системы, выделяются три характерных случая:

1) Расстояние между ступеньками в границе l зерна превышает расстояние L до стока в объеме зерна l > L > S. S - эффективная ширина источника в границе. Удобной системой координат для решения диффузионной задачи являются координаты эллиптического цилиндра.

Результирующий поток вакансий определяет скорость проскальзывания:

2 DV C0В 2(2lR - 2R + d) =, (2) L Rd k T arsh + 4DV С0B2Rl S где DV – объемный коэффициент диффузии вакансий, – удельная поверхностная энергия свободной поверхности, p1 – давление на ступеньке, R – радиус микронесплошности.

2) S << L. В этом случае скорость проскальзывания:

2 DV C0В2 = p1 +. (3) 2L R kTd ln d 3) l < 2S. Выражение для скорости проскальзывания имеет вид:

2C0B2 DB DV l = p1 + + - p1 . (4) kTd l R L R В каждом случае для определения скорости проскальзывания решалась самостоятельная диффузионная задача. В диссертации определено, что скоdV рость роста объема микронесплошности на единицу ее длины опредеdt ляется лишь объемной составляющей потока вакансий. Оценки полученных величин удовлетворительно согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

В третьей главе рассмотрен механизм зернограничного внутреннего трения на ступенчатых границах с микронесплошностями. Моделью служит межкристаллитная граница общего типа, состоящая из параллельных плоских сегментов ширины l1, разделенных чередующимися ступеньками одинаковой высоты и цилиндрическими микронесплошностями. Ступеньки смещают плоскость границы в нормальном к ней направлении, микронесплошности возвращают назад. Фрагмент границы представлен на рис. 2. Наличие переменного внешнего сдвигового напряжения, приложенного к границе вдоль плоских сегментов, приводит к тому, что на ступеньках возникают нормальные компоненты напряжений, и они в процессе проскальзывания являются периодически действующими источниками вакансий. На основе решения диффузионной задачи находится величина внутреннего трения.

WВнутреннее трение, как известно, равно Q1-1 =, где 2W l1 2 V0W1 = R Re((x,t))Re((t))dxdt и W = 2G, где V0 – объем зерна, W1- 0 энергия, рассеянная за один период на сегменте длины y вдоль образующей, W – упругая энергия, запасенная в объеме зерна, G – модуль сдвига, - скорость проскальзывания. В приближении сферической формы зерен радиуса R получаем:

3G Q-1 = Re((t))Re((t))dt, (5) 02R где – геометрический коэффициент.

Скорости проскальзывания, обусловленные зернограничным и объемным потоками вакансий, определяются соответственно как 2DB C1(x1,t) 4DV l1 C2(x2,t) 1 = -, 2 = -, (6) d x1 x1=0 d x2 x2=где С1, С2 – концентрации вакансий. Баланс сил на периоде структуры границы приводит к уравнению:

C1dkT 2l10 exp(i(t + )) = 2l1(1(t) + 2(t)) + exp(it). (7) C0 Соотношения (6) приводят к выражениям для зернограничной и объемной составляющих скорости проскальзывания:

2(cos2(mlm )sin2(mlm )+ ch2(mlm )sh2(mlm ))exp(i(t + m )), m(t)= Am sin2(mlm )ch2(mlm )+ cos2(mlm )sh2(mlm ) 2D11C1 4D2l12CA1 =, A2 =, d d (8) sin(1l1)cos(1l1)- sh(1l1)ch(1l1), 1 = arctg sin(1l1)cos(1l1)+ sh(1l1)ch(1l1) sin(2l2 )cos(2l2)- sh(2l2)ch(2l2) 2 = C + arctg sin(2l2)cos(2l2)+ sh(2l2)ch(2l2) Здесь 0 – амплитуда приложенного к границе сдвигового напряжения, С – фаза напряжений, m =, m=1 - для границы и m=2 - для объема.

2Dm Асимптотические выражения для частотной зависимости внутреннего трения на ступенчатых границах, не содержащих поры, при низких и высоких частотах имеют вид:

6G 2C0 DQ-1 =, 1l1 << 1, d kTR 3 2 G 2C0l1 DQ-1 =, 1l1 >> 1. (9) d kTR В случае границ, содержащих протяженные поры, внутреннее трение несколько возрастает благодаря появлению объемных вакансионных потоков, приводящих к увеличению скорости взаимного движения зерен. Соответствующее возрастание величины внутреннего трения в рассмотренных выше асимптотических случаях описывается выражениями:

6 GD2l12C0Q-1 =, 2l2 <<1, d kTRl2 6 2 Gl1C02 D1DQ-1 =, 2l2 >>1. (10) d kTR Внутреннее трение в обоих случаях обратно пропорционально частоте.

Значение отношения объемного вклада во внутреннее трение к граничному Q-1 1 Dимеет вид: =, что в рассматриваемом случае высоких частот и Q-низких температур составляет весьма малую величину. Поэтому вкладом объемных потоков во внутреннее трение можно пренебречь, так что его величина остается обратно пропорциональной корню из частоты.

На примере ступенчатых границ, содержащих или не содержащих микронесплошности, показано, что зависимость внутреннего трения от частоты имеет степенной вид с показателем степени, изменяющимся от значения -до значения -1/2, а энергия активации изменяется в пределах от энергии активации граничной диффузии вакансий до половины этой величины при возрастании частоты и уменьшении температуры. На рис. 3 представлен график качественной зависимости ln(Q-1T) от обратной температуры. Наличие микронесплошностей на межзеренных границах приводит к появлению кроме граничных, также и объемных потоков вакансий, что несколько увеличивает величину внутреннего трения.

Описанный механизм дает значительный вклад в величину высокотемпературного внутреннего трения материала. Полученные результаты в целом согласуются с обсуждаемыми в литературе экспериментальными данными.

Такой вид зависимости можно объяснить исходя из следующих соображений. При низких частотах или высоких температурах диффузия успевает пройти между источником и стоком, так что вся область вовлекается в процесс диффузии, а диффузионная длина вакансий фиксирована и равна рас- стоянию между источниками. В этом случае полный поток вакансий пропорционален D1T0, где Т0 ~ -1 - период колебаний. В области высоких частот или низких температур диффузионная длина вакансий составляет 2D1T0, что меньше расстояния между истоками и стоками.

Четвертая глава посвящена разработке модели процесса фасетирования, когда первоначально плоская граница самопроизвольно разбивается на плоские фрагменты-фасетки различных ориентаций, количество которых определяется кристаллографически в зависимости от типа решетки совпадающих узлов (РСУ) и ориентации самой границы.

В работе предлагается модель флуктуационного образования зародышей фасетирования межзеренных границ с одно- и двумерной фасетированной структурой. В последнем случае зародыш имеет вид трехгранной пирамиды, боковые грани которой соответствуют ориентациям фасеток (рис. 4).

Такие фасетки термодинамически выгодны, поскольку являются плоскостями плотноупакованной РСУ. Определен критический размер зародыша и получено выражение для определения энергии его образования.

Расчет энергии такого зародыша учитывает исчезновение фрагмента исходной границы, имеющего форму треугольника в основании пирамиды;

появление наклонных граней новой структуры границы, также имеющих форму треугольников:

1 1 c a b U = - 0 a b sin + h + + + 2 2 sin 1 sin 1 sin 1 . (11) 1 1 a + + b + c + h + + sin 1 sin sin 1 sin sin 1 sin В (11) 0 и - удельные поверхностные энергии исходной и фасетированой границы, - угол, зависящий от кристаллографии поверхности, - удельная линейная энергия сопряжения граней, которую считаем одинаковой для всех их типов, h - высота пирамиды, a, b, c - стороны основания пирамиды.

Рис. 3. Зависимость внутреннего Рис. 4. Зародыш двумерно фасетиротрения от обратной температуры ванной границы -ln Q Т Далее рассматривается процесс фасетирования границы наклона. Конечная структура имеет вид цилиндрической поверхности с направляющей ломаной линией. Такая граница является одномерно фасетированной. Зародыш имеет форму правильной четырехгранной пирамиды, две противоположные грани которой являются фрагментами будущих фасеток, т.е. имеют низкую поверхностную энергию 0 и ориентированы вдоль образующей границы (рис. 5а). Эти грани принадлежат плотноупакованной плоскости решетки совпадающих узлов (РСУ). Две другие грани не являются кристаллографически необходимыми согласно диаграмме Вульфа, т.е. энергетически выгодными, и имеют поверхностную энергию .

Рис. 5. Зародыш одномерно фасетированной границы: а) критический зародыш; б) зародыш на стадии роста.

Записав полную энергию зародыша через удельные поверхностные энергии появляющихся граней и исчезающего фрагмента границы, можно определить критический размер зародыша и энергию его образования:

0ab ab tg U = -0ab + + + 2 a + b + a +, (12) 2cos 2cos tg cos2 где - угол, зависящий от кристаллографии поверхности, - удельная энергия сопряжения граней, которая считается одинаковой для всех их типов.

По достижении максимума выражения (12) зародыш становится способным к росту. Этот рост может идти только в направлении, обозначенном стрелкой на рис. 5а, поскольку только такой рост обеспечивает общее понижение энергии и увеличение протяженности энергетически выгодных граней.

При этом возникает новое ребро с. Соответствующая конфигурация в виде вальмового многогранника на стадии роста показана на рис. 5б, а дополнительная энергия, связанная с появлением ребра с, определяется по формуле:

a UС = c(-0a + + 3) (13) 2cos Образующаяся структура будет устойчивой при условии, что ее энергия окажется меньше энергии участка исходной границы.

В работе определено время полного фасетирования границы с учетом длительности образования зародышей и проведена оценка полученных результатов. Полученное таким образом время фасетирования границы имеет значение, соответствующее по порядку величины имеющимся экспериментальным данным по фасетированию границ зерен. Критический размер зародыша на порядок превышает постоянную решетки зерна и составляет единицы параметров РСУ. Вырастающие из таких зародышей фасетки могут иметь широкий разброс размеров, что определяет их общее количество N на границе. Это согласуется с имеющимися в литературе экспериментальными данными относительно размеров фасеток, которые могут иметь масштабы от единиц нанометров (микрофасетки) до десятков и сотен микрон (макрофасетки).

Далее в четвертой главе приводятся энергия образования фасеток и линий их сопряжения, а также рассчитывается энтропия равновесных и неравновесных границ. Рассмотрена межзеренная фасетированная граница специального типа. При специальных разориентировках зерен образуется решетка совпадающих узлов (РСУ). Первоначально плоская граница, ограниченная двумя тройными стыками зерен, имела произвольную ориентацию относительно РСУ. Релаксация системы происходит таким образом, что граница фасетируется на сегменты, расположенные в плотноупакованных плоскостях РСУ.

Свободная энергия такой границы, содержащей p элементарных сегментов в виде двух сопрягающихся под прямым углом фасеток, имеет вид:

Fp = 2 p - TS. (14) p Здесь - упругая энергия линии стыка двух соседних фасеток; Т – абсолютная температура; Sp – конфигурационная энтропия границы.

Все возможные конфигурации границы заключены в пределах прямоугольника mn. Находим число способов реализации границы, содержащей ровно p элементарных сегментов. p вертикальных фасеток среди n плоскоn! стей РСУ можно выбрать числом способов. Аналогично для гоp!(n!- p!) m! ризонтальных фасеток оно равно.

p!(m!- p!) Согласно Больцману энтропия принимает вид:

n! m! S = k ln . (15) p p!(n!-p!) p!(m! - p!) Подставив (15) в (14), взяв производную от свободной энергии по p и прировняв ее к нулю, найдена равновесная концентрация фасеток на границе:

p С = = exp-. (16) kT nm В работе также найдено полное количество способов размещения на границе фасеток всевозможных размеров. Соответствующее значение энтропии границы равно:

m n S = k n ln1+ + m ln1+ n m . (17) Она определяется структурой РСУ.

Основные результаты и выводы.

1 Разработана модель межзеренного проскальзывания вдоль границ общего типа, содержащих периодически распложенные ступеньки разных знаков. Рассчитана их эффективная вязкость.

2 Найдена зависимость скорости проскальзывания по ступенчатым границам, содержащим протяженные микронесплошности. Величина скорости является линейной функцией уровня приложенного сдвигового напряжения и определяется как геометрическими, так и диффузионными параметрами границы.

3 Разработана модель зернограничного внутреннего трения для границ, содержащих ступеньки и протяженные микронесплошности. Наличие последних приводит к возникновению периодических потоков вакансий из границы в объем зерна и увеличению величины внутреннего трения по сравнению с границами без микронесплошностей.

4 Для ступенчатых границ с микронесплошностями зависимость ln(Q-1 T) от ln или обратной температуры T-1 имеет два прямолинейных участка с тангенсами углов наклона, равными -1 и -1/2 при малых и больших значениях аргументов. Соответственно, величина внутреннего трения обратно пропорциональна частоте или ее корню. Эффективные энергии активации на этих участках различаются в два раза.

5 Разработана модель образования зародышей фазового перехода одно- и двумерного фасетирования межзеренной границы. Рассчитаны временные характеристики процесса.

6 Рассчитана равновесная концентрация фасеток на межзеренной границе наклона. Она определяется параметром решетки зернограничных сдвигов, свободной энергией образующейся структуры и температурой.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Кульков В.Г. Зернограничное внутреннее трение на ступенчатых границах с микронесплошностями / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Перспективные материалы. 2009. № 7. С. 171-175.

2. Кульков В.Г. Образование микронесплошностей в процессе скольжения по ступенчатой границе зерен / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Тяжелое машиностроение.2009. № 6. С. 32-35.

3. Кульков В.Г. Равновесная концентрация фасеток на межзеренной границе / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Вестник Тамбовского университета.

Серия: Естественные и технические науки. Т. 15, Вып. 3. 2010. С. 912-913.

Статьи и материалы конференций 4. Кульков В.Г. Проскальзывание по ступенчатой несоразмерной межкристаллитной границе с учетом образования микронесплошностей / В.Г.Кульков, Ю.В. Васильева // Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах (IIAPS): XI Междунар. конф. тез. док. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 37.

5. Кульков В.Г. Образование микронесплошностей на ступенчатых границах в нанокристаллическом материале / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов: Сб. ст. по материалам Второй междунар. конф. М.: ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, 2007. С. 108109.

6. Кульков В.Г. Образование микронесплошностей в процессе проскальзывания по ступенчатой межкристаллитной границе / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах (IIAPS XI): Сб. тр. XI Междунар. конф. – Тула, Изд-во. ТулГУ, 2008. С. 71- 76.

7. Кульков В.Г. Математическая модель межзеренного скольжения вдоль пористых ступенчатых границ / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Наука и технологии: тез. док. XXVIII Рос. школы – Миасс: МСНТ, 2008. С. 28.

8. Кульков В.Г. Зернограничное внутреннее трение на ступенчатых границах с микронесплошностями / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы – 2008: тез. докл. открытой школы-конференции стран СНГ.- Уфа: Башкирский государственный университет, 2008. С. 214.

9. Кульков В.Г. Влияние пор на зернограничное внутреннее трение в поликристаллическом материале / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Актуальные проблемы прочности: Сб. тр. 47 Междунар. конф. Н. Новгород, 2008. С. 286289.

10. Кульков В.Г. Влияние порообразования на фон зернограничного внутреннего трения / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. – Волгоград: Изд. ВГТУ. 2008. Т.1. С. 58-61.

11. Кульков В.Г. Теоретические основы образования микронесплошностей на ступенчатой межкристаллитной границе / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий:

Сб. матер. межрегион. науч. практ. конфер. - Волжский: Филиал МЭИ (ТУ), 2009. С. 207-208.

12. Кульков В.Г.Равновесная конфигурация фасетированной границы / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // XVI Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Екатеринбург, Волгоград: Изд. АСФ России, 2010. С. 81-82.

13. Кульков В.Г. Образование зародышей фазового перехода фасетирования границ зерен наклона / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Фундаментальное и прикладное материаловедение: труды VII Междунар. науч. школыконференции.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2011. С. 295-298.

14. Кульков В.Г. Образование зародышей фасетирования границ зерен наклона / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева, В.В. Дешевых // Вторые московские чтения по проблемам прочности материалов: тез. докл. – Москва, Черноголовка, 2011. С. 98.

15. Кульков В.Г. Образование и рост зародышей фасетирования на границе зерен / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева, В.С. Поляков // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов: IV Междунар. конф. - М.: ИМЕТ РАН.

2011. С. 121-122.

16. Кульков В.Г. Образование зародышей двумерного фасетирования межкристаллитной границы / В.Г. Кульков, Ю.В. Васильева // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: сб. материалов междунар. конф. XXI Уральской школы металловедов-термистов. Магнитогорск:

Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 85.

17. Васильева, Ю.В. Образование зародышей фасетирования на границе зерен / Ю.В. Васильева // Физико-химия и технология неорганических материалов: сб. тр. VIII Рос. ежегодной конф. молодых научных сотрудников и аспирантов. Москва: Институт металлургии и материаловедения им. А.А.

Байкова, 2011. С.36-38.

Подписано в печать 31.10.2012.

Формат 60841/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 416.

Филиал ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском 404110, г. Волжский, пр. Ленина,






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.