Мурзаев Р.Т., Дмитриев С.В

МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕГРЕГАЦИИ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ В ПРОЦЕССЕ ОТЖИГА ДВУМЕРНОГО ПОЛИКРИСТАЛЛА

Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа, Россия

[email protected]

Хорошо известно, что границы зерен в металлах, обладая повышенным сво- бодным объемом и измененным химическим потенциалом, могут играть роль сто- ков примесных атомов, которые, в свою очередь, существенно изменяют свойства границ. Известны примеры как отрицательного, так и положительного влияния сегрегаций на прочность металлов, однако до сих пор преимущественно изучались вредные сегрегации, приводящие к зернограничному охрупчиванию или снижению коррозионной стойкости. Это связано с тем, что для возникновения и распростра- нения трещины достаточно иметь в материале лишь одну слабую границу, в то время как эффект сегрегационного упрочнения может стать заметным лишь при наличии достаточно плотной сетки границ.

Представляется важным исследовать поведение неравновесных сегрегаций при зарождении и движении границ зерен и дислокаций в поле напряжений, в то время как на сегодняшний день апробированные теории существуют только для равновесных или слабо-неравновесных сегрегаций, контролируемых диффузион- ными процессами. Работая с конкретными системами, экспериментаторам бывает нелегко установить общую картину явления. Таким образом, целью настоящей ра- боты является изучение методом молекулярной динамики, с использованием двух- мерной модели поликристалла с наноразмерными зернами, движения примесных атомов в ходе активной пластической деформации, исходно находящихся либо в твердом растворе, либо на границах зерен.

Исходная двумерная структура поликристалла состояла из 40 зерен размером 30 нм. Данная структура была хорошо отрелаксирована, и в нее внедрялись при- месные атомы, доля которых составляла 10%. Внедрение примесных атомов осу- ществлялась тремя способами. Первый заключался в том, что примеси внедрялись только по границам зерен, второй – внедрение примесных атомов проводилось равномерно по всему объему, и третий способ – 50% примесных атомов располага- лись по границам зерен и 50% по объему материала.

Для моделирования использованы модельные парные потенциалы описы-

вающие три вида взаимодействий:

j AA

- взаимодействие между атомами твердого

раствора, j BB

- между примесными атомами, j AB

- взаимодействие между атомами

твердого раствора и примесными атомами. Было исследовано влияние силы взаи- модействия между атомами на диффузионную перестройку атомной структуры.

Вариации взаимодействия между атомами были следующими

j BB = aj AA,

j AB = bj AA

, где a и b от 0.5 до 2.0. Показано, что при малых значения b< 1.0

на-

блюдается образование кластеров из примесных атомов, при этом следует отме-

тить, что когда a< 1.0, кластеры преимущественно образуются в области границ

зерен и тройных стыков. В то время как при a > 1.0 и b < 1.0

как по границам, так и в объеме зерен.

кластеры образуются

Дата добавления: 2017-01-14