ВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Ротационная мода деформации в твердых телах 6
1.2 Дисклинации как поворотные дислокации Вольтерра 8
1.3 Неравновесные состояния с высокой континуальной
плотностью дефектов 10
1.4 Неравновесные границы дисклинационного типа в СМК и НК
металлических материалах 15
2 Постановка задачи. Материалы и методы исследований 20
2.1 Постановка задачи 20
2.2 Материалы и методы исследований 21
3 Результаты исследования 23
3.1 Схемы построения дисклинационных конфигураций 23
3.2 Особенности полей напряжений вблизи неравновесных
границ дисклинационного типа 25
3.2.1 Поля напряжений тетрагонального зерна 25
3.2.2 Поля напряжений гексагонального зерна 29
3.3 Особенности пространственного распределения упругой
энергии неравновесных границ дисклинационного типа 32
3.3.1 Пространственное распределение упругой энергии
тетрагонального зерна 32
3.3.2 Пространственное распределение упругой энергии
гексагонального зерна 35
3.4 Анализ упругой энергии дисклинационных конфигураций в
нанокристаллах 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
Список используемой литературы
Границы зерен являются важным элементом дефектной структуры. Собственно, именно они во многом определяют спектр уникальных физико-механических свойств поликристаллов, в первую очередь, таких как прочность и пластичность. В зависимости от характера дальнодействующих полей или величины свободного объема можно выделить особый класс границ зерен - неравновесные границы (НГЗ) [1 - 8]. В настоящие время термин НГЗ широко применятся при объяснении процессов, происходящих во время и после интенсивной пластической деформации, а также процессов формирования наноструктурных (НС) материалов и их особенностей пластической деформации и разрушения [3 - 6]. Описания неравновесных границ зерен посвящено множество работ, но несмотря на их количество однозначной теории, описывающей неравновесность таких границ, в настоящий момент не существует.
Важным является то, что при описании структур на наномасштабном уровне, по сравнению с мезо-, макро- и субмикрокристаллического уровней, классические коллективные дислокационные модели часто оказываются неприменимы. В ряде работ [9, 10] показано, в некоторых кристаллических материалах зерна практически не содержат дислокации после уменьшения зерна до нескольких десятков нанометров. При этом выявлено, что на стадии интенсивной пластической деформации в нанокристаллах наблюдается ротационный характер деформации. Такая мода деформации приводит к появлению субструктуры с высокой кривизной кристаллической решётки и границ с переменным вектором разоринтации. В ряде работ [11] показано, что подобные зернограничные структуры можно описывать в терминах континуальной теории дефектов используя дисклинационные методы и подходы.
К сожалению, пока имеются лишь единичные работы с количественной оценкой параметров структурных состояний с высокой плотностью дефектов на различных масштабных уровнях, и существует потребность в проведении комплексных экспериментальных исследований с последующей теоретической интерпретацией структурных элементов границ. Представленное в работе [11] обобщение экспериментальных результатов демонстрирует, что дисклинационные конфигурации приобретают определяющую роль при формировании нанокристаллических состояний в металлах и сплавах разного класса. Таким образом, теоретическое исследование зернограничной фазы нанокристаллических материалов в рамках дисклинационных модельных представлений является актуальной задачей современного материаловедения.
Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является теоретический анализ особенностей полей напряжений и энергий границ зерен дисклинационного типа в рамках континуальной теории дефектов.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Построение геометрической модели границ зерен дисклинационного типа для зерна тетрагональной и гексагональной формы.
2. Сравнительное исследование полей напряжений и их градиентов дисклинационных конфигураций, моделирующих границы в нанокристаллических материалах.
3. Оценка энергий, указанных выше конфигураций при различных геометрических параметрах.
Проведен теоретический анализ упруго - напряженного состояния и энергии дисклинационных конфигураций, моделирующих границы в нанокристаллических материалах.
1. Выявлены особенности полей напряжений представленных конфигураций в зависимости от величины вектора Франка и пространственного распределения дисклинаций. Максимальные значений полей напряжений присущи плоскостям залегания дисклинаций и достигают значений Е/50. Установлено, что в конфигурациях дисклинаций с одноименным знаком вектора Франка наблюдаются высокие значения энергий. Так, в конфигурациях, образованных дисклинациями одного знака, значение упругой энергии значительно (в сотни раз) выше, чем в той же конфигурации с переменным знаком. Таким образом, было показано, что модели, которые состоят из одноименных дисклинационных зарядов, являются менее устойчивыми.
2. Обнаружено, что в зависимости от геометрии зерна и от характера распределения носителей заряда, могут наблюдаться различные локальные минимумы энергии, которое связаны с проявлением мультипольного характера взаимодействия между дисклинациями различных знаков. Это может свидетельствовать о том, что пространственное распределение дисклинационного заряда может быть управляющим фактором диффузионных свойств зернограничной фазы, в частности, явлений аномального массопереноса.
3. Показано, что для схем с постоянным знаком дисклинационного заряда удельная упругая энергия тем меньше, чем больше размер зерна. При этом для схем, в которых использовались дисклинации разных знаков, энергия увеличивалась с ростом размеров зерна.
