Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Информатика, вычислительная техника и управление / Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Математическое моделирование стабильности твердых растворов при облучении и механоактивации

Диссертация

Автор: Гребеньков, Александр Александрович

Заглавие: Математическое моделирование стабильности твердых растворов при облучении и механоактивации

Справка об оригинале: Гребеньков, Александр Александрович. Математическое моделирование стабильности твердых растворов при облучении и механоактивации : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 05.13.18 / Гребеньков Александр Александрович; [Место защиты: Алт. гос. ун-т] Барнаул, 2007 142 c. : 61 07-1/1462

Физическое описание: 142 стр.

Выходные данные: Барнаул, 2007






Содержание:

ГЛАВА 1 ФАЗОВЫЕ НРЕВРАЩЕНИЯ НРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАМАТЕРИАЛЫ
11 Радиационно-стимулированное выделение: эксперименты Ю
12 Фазовые превращения при механоактивации: экспе] л
13 Теоретические подходы к описанию радиационно-стимулированнойсегрегации растворенных атомов
131 Уравнения для потоков в концентрированных сплавах
132 Модель диффузионных реакций для разбавленных твердыхрастворов в условиях облучения
133 Рост частиц выделений
134 Аналитическая модель роста слоя фазы на поверхности,образца
14 Теория фазовых переходов при механоактивации
141 Деформационно-стимулированная фазовая неустойчивость на-нокристаллических сплавов
142 Фазовые переходы в неидеальных твердых сплавах при механо-активации
143 Фазовые превращения в сплавах с ограниченной растворимо-стью при механоактивации
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАССЛОЕНИЯБИНАРНЫХ СНЛАВОВ
21 Постановка задачи
22 Термодинамическое описание неравновесных процессов Формули-ровка модели
23 Вклад конфигурационной энтропии в химический потенциал
231 Метод трех плоскостей
232 Метод статистической термодинамики
24 Расчет внутренней энергии
25 Механизм и условия расслоения
26 Пространственный масштаб расслоения
27 Выводы к главе
ГЛАВА 3 СТАБИЛЬНОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПРИОБЛУЧЕИИИ
31 Изменение энергии межатомных связей при облучении
32 Модель свободного объема
33 Упругие напряжения, создаваемые облучением в металлических сис-темах
34 Потоки атомов бинарного сплава при облучении
35 Условие стабильности твердого раствора при облучении
36 Сравнение с экспериментом
37 Выводы к главе
ГЛАВА 4 СТАБИЛЬНОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПРИМЕХАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ
41 Структура металлов при экстремальных механическихвоздействиях
42 Модель Миедемы
43 Модель нанокристаллического состояния вещества
44 Оценка коэффициента поверхностного натяжения
45 Программное обеспечение для расчетов полей упругих смещений инапряжений
46 Термодинамический анализ механического синтеза
47 Сравнение с экспериментом
48 Предел дисперсности при механоактивации
49 Оценка характеристик межзеренной границы
410Феноменологическая модель разрушения нанокристаллическихзерен
411ВЫВ0ДЫ к главе

Введение:
Технический прогресс невозможен без разработки новых перспективных материалов. Ресурс традиционных методов, за счет которых достигалось улучшение свойств материалов в прошлом, в значительной степениисчерпан. Установлено, что успешное модифицирование свойств материалов достигается обработкой их в далеких от равновесия условиях. Такаяобработка включает экстремальное воздействие (облучение, интенсивнаяпластическая деформация и т.п.) с последующей фиксацией метастабильного 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 слз^ае облучения увеличивается склонность сплавов к расслоению,к появлению выделений в той области, г^ де они в равновесной ситуации ненаблюдаются. При интенсивной пластической деформации, наоборот, синтезируются однородные твердые растворы, которые традиционными методами получены быть не могут.Теория, претендуюш;ая на адекватное описание поведения металлических систем при экстремальных воздействиях, требует разработки соответствующих математических моделей, анализа уравнений модели и последующего сравнения результатов вычислений с экспериментальными.Цели и задачи работыЦель работы - разработка математической модели воздействия облу-'чения и интенсивной пластической деформации на фазовые переходытвердых растворов,В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:-вывод уравнений математической модели процессов в бинарнойсистеме в модификациях, различных для радиационного воздействия и дляинтенсивной деформации;-анализ диффузионных уравнений методом малых возмущений иполучение условий для концентрационных и температурных границ стабильности твердых растворов;- вычисление пространственного масштаба расслоения и сравнение сэкспериментом (на примере системы Pb+Sn);-проведение расчетов образования выделений в ненасыщенныхтвердых растворах при облучении на примере систем Zn+Al, Ni+Si;- проведение расчетов образования твердых растворов из "несмешиваемых обычными способами" компонентов при интенсивной пластической деформации на примере систем Fe+Cu, Ti+Al;-разработка модели для объяснения разрушения нанокристаллических зерен.Научная новизиаНаучная новизна работы заключается в том, что впервые:- предложена математическая модель динамических процессов в бинарном сплаве в двух модификациях (в случае облучения и при пластической деформации);- получены условия границ стабильности твердого раствора при облучении и механоактивации на основе анализа уравнений математическоймодели;-получено согласие расчетов с экспериментальными фактами дляоблученных 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 нанокристаллического зерна, объясняющая появление аморфных фаз при интенсивной пластической деформации.Практическая ценность работыСозданная математическая модель позволяет прогнозировать поведение твердых растворов при экстремальных внешних воздействиях. Полученные результаты являются основой для выработки рекомендаций посозданию металлических материалов с заранее заданными свойствами. Результаты могут быть полезны специалистам, занимающимся проблемамирадиационного материаловедения и механоактивированного синтеза.Структура работыПервая глава носит обзорный характер и посвящена описанию процессов, происходящих при радиационном воздействии и интенсивной пластической деформации металлических систем. Проведен обзор математических моделей, предлагаемых для описания изменения стабильноститвердого раствора при радиационном воздействии и интенсивной пластической деформации.Во второй главе сформулированы цель и задачи данного исследования. Исходя из цели исследования предложена новая математическая модель стабильности твердых растворов. Выведены выражения для потоковатомов одного сорта. Потоки вызываются градиентами химического потенциала. В свою очередь, химический потенциал определялся конфигурационной энтропией, плотностью энергии межатомных связей, плотностьюупругой энергии. Адекватность предложенной математической модели доказывается сравнением результатов проведенных расчетов с экспериментом по распаду раствора Pb+Sn.Третья глава посвящена описанию стабильности бинарного твердогораствора при облучении. Получено условие стабильности. Показана возможность пренебрежения вклада в химический потенциал энергии разорванных связей, вследствие созданных облучением избыточных вакансий.Приводятся результаты оценочных расчетов по изменению температурныхграниц расслоения твердого раствора при облучении. Результаты расчетовдля сплавов Zn+Al и Si+Ni хорошо согласуются с экспериментальными.Четвертая глава посвящена описанию стабильности твердого раствора при интенсивной пластической деформации. Получено условие стабильности. Приводятся результаты оценочных расчетов для систем Ti+Al иFe+Cu. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными.Получено явное выражение для предела дисперсности зерна при интенсивной деформации. Предложена модель распада нанокристаллическогозерна, объясняющая возникновение аморфной фазы при механоактивации.На защиту выносятся следующие положения:1. Предлагаемая математическая модель фазовых превращений приоблучении сплавов объясняет появление выделений в ненасыщенныхтвердых растворах, смещение температурных границ расслоения.2. Предлагаемая математическая модель фазовых превращений приинтенсивной пластической деформации сплавов объясняет образование"пересыщенных" твердых растворов, синтез однородных растворов из "несмещиваемых другими способами компонент".3. Перемещивание элементов, образование аморфных фаз при меха-'ноактивации объясняются моделью потери стабильности нанокристаллического зерна.Достоверность полученных результатовДостоверность результатов обеспечена адекватным применениемлинейной термодинамики, непротиворечивостью разработанных математических моделей и сравнением результатов расчетов в рамках данных моделей с экспериментальными результатами для ряда сплавов.Апробация работыОсновные положения и результаты работы были доложены на конференциях:- VII Международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Компьютерное моделирование", УстьКаменогорск, Казахстан, 25-29 июня 2003 г.;- III Семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по "Теплофизике итеплоэнергетике", Барнаул, 18-20 сентября 2003 г.;-Всероссийская научная конференция молодых ученых "Наука.Технологии. Инновации", Новосибирск, 4-7 декабря 2003 г.;- I V Международная конференция "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах", Томск, 12-19 августа'2004 г.;8- Международная конференция "Новые перспективные материалы итехнологии их получения", Волгоград, 20-23 сентября 2004 г.;-Девятая международная конференция "Физико-химические процессы в неорганических материалах", Кемерово, 22-25 сентября 2004 г.;- I I I Российская научно-техническая конференция "Физическиесвойства 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 международнымучастием "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 инанотехнологий к наноиндустрии", Ижевск, 27-29 июня 2007 г.ПубликацииПо материалам выполненных в диссертации исследований опубликовано 20 работ. В рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень обязательных изданий ВАКа, опубликовано 4 статьи.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка публикаций по теме диссертации и списка литературы.Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит25 рисунков, 4 таблицы, библиографический список из 121 наименования.