Термодинамический анализ условий стабильности структуры двухфазной системы металлическая матрица-дисперсные частицы при воздействии высоких температур
Диссертация
Для двухфазной системы металлическая матрица — дисперсные частицы, диффузионное движение которых происходит по механизму объемного обтекания (модель Гегузина), с ростом отношения H/Q зеренная структура становится более стабильной, поэтому растет значение максимальной термодинамической движущей силы миграции Gmax необходимой для отрыва границы зерна от частиц. Так как низкие значения энергии… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- Общая характеристика работы
- 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРАНИЦ ЗЕРЕН С ЧАСТИЦАМИ ВТОРОЙ 12 ФАЗЫ В ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВАХ (ДУС)
- 1. 1. Основные характеристики и практическое применение дисперсно-упрочненных сплавов
- 1. 2. Влияние нагрева на зеренную структуру деформированного металла
- 1. 2. 1. Зерно и границы
- 1. 2. 2. Классификация процессов, протекающих при нагреве деформированных металлов и сплавов
- 1. 2. 3. Размер зерна после рекристаллизации
- 1. 2. 4. Остановка роста зерна частицами
- 1. 3. Движение индивидуальных частиц в кристаллической матрице
- 1. 3. 1. Модель Гегузина. Модель Серебрякова
- 1. 3. 2. Экспериментальные данные по исследованию движения макроскопических включений в металлической матрице
- 1. 4. Феноменология и механизм миграции границ зерен
- 1. 4. 1. Термодинамические характеристики границ зерен
- 1. 4. 2. Влияние температуры на подвижность границы зерна
- 1. 5. Физические модели взаимодействия границы зерна с частицами второй фазы при рекристаллизации
- 1. 6. Недостатки существующих моделей. Постановка цели и задач исследования
- 2. МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ УСЛОВИЙ СТАБИЛЬНОСТИ СТРУКТУРЫ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ МАТРИЦА-ДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ ПРИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
- 2. 1. Кинетический критерий торможения мигрирующей границы зерна частицами второй фазы при первичной рекристаллизации
- 2. 1. 1. Предположения и допущения, лежащие в основе критерия
- 2. 1. 2. Аналитическое представление критерия
- 2. 1. 3. Анализ влияния движущей силы миграции границы зерна и относительной подвижности на стабильность зеренной структуры дисперсно-упрочненных сплавов
- 2. 1. 4. Анализ упрочняющего влияния величины объемной доли и подвижности частиц второй фазы
- 2. 1. 5. Анализ упрочняющего влияния величины объемной доли и радиуса частиц второй фазы
- 2. 2. Термодинамический критерий торможения мигрирующей границы зерна частицами второй фазы при собирательной рекристаллизации
- 2. 2. 1. Предположения и допущения, лежащие в основе термодинамического критерия
- 2. 2. 2. Аналитическое представление термодинамического критерия
- 2. 2. 3. Анализ влияния движущей силы миграции границы зерна, угла обтекания границы зерна частицей и относительной подвижности на стабильность зеренной структуры ДУС
- 2. 2. 4. Анализ упрочняющего действия параметров частиц второй фазы: объемной доли, радиуса и подвижности
- 2. 2. 5. Условие торможения мигрирующей границы зерна за счет накопления на ней частиц второй фазы
- 2. 3. Выводы
- 2. 1. Кинетический критерий торможения мигрирующей границы зерна частицами второй фазы при первичной рекристаллизации
- 3. ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ РОСТА ЗЕРНА ЧАСТИЦАМИ ВТОРОЙ ФАЗЫ
- 3. 1. Зависимость относительной подвижности от температуры
- 3. 2. Влияние температуры на стабильность зеренной структуры двухфазной системы металлическая матрица — дисперсные частицы
- 3. 3. Влияние термодинамических параметров на стабильность зеренной структуры двухфазной системы металлическая матрица — дисперсные частицы
- 3. 4. Выводы
- 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПРИ СОЗДАНИИ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВОВ
Список литературы
- Портной К.И., Бабич Б. Н. Дисперсно-упрочненные материалы. М.: Металлургия, 1974. 200 с.
- Физическое металловедение / Под ред. Кана Р. У., Хаазена П. М.: Металлургия, 1987. Т. 1−3. 1927с.
- Ashby M. F, Centamore R.H. The dragging of small oxide particles by migrating grain boundary in copper // Acta Met. 1968. V. 16. № 7. P. 1081−1088.
- Куликов B.A., Зайцева H.M., Колобов Ю. Н., Бушнев JI.C. Структура и свойства дисперсно-упрочненных никелевых сплавов. Томск: Изд. Томского университета, 1986. 240с.
- Коротаев А.Д., Тюменцев А. Н., Суховаров В. Ф. Дисперсное упрочнение тугоплавких металлов. Новосибирск: Наука, 1989. 211с.
- Рытвин Е.И., Тыкочинский Д. С., Ястребов В. А. Дисперсно-упрочненные платина и ее сплавы // Известия вузов. Цветная Металлургия. 2001. № 4. С.48−56.
- Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. Пер. с англ. М.: Металлургиздат, 1958. 267с.
- Saito N., Mabuchi М., Nakamura М., Asahina Т., Okamoto К., Igarashi Т. Влияние добавок частиц ЬагОз на характер распределения границ зерен в чистом W // J. Mater. Sci Lett. 1998. № 17. P. 1495−1497.
- Аксенов A.A., Солонин А. Н., Портной В. К. Особенности формирования структуры и свойства алюминиевых сплавов, механически легированных оксидом алюминия // Известия вузов. Цветная Металлургия. 2001. № 5. С.45−50.
- Ю.Аксенов А. А., Филиппов А. Т., Золоторевский B.C. Формирование структуры дисперсно-упрочненных композиционных материалов «алюминий-карбид кремния» в процессе механического легирования // Известия вузов. Цветная Металлургия. 1999. № 3. С.32−37.
- Н.Лебедев А. Б., Буренков Ю. А., Пульнев С. А., Ветров В. В., Копылов В. И. Термостабилизация ультродисперсной структуры и пластических свойств путем упрочнения меди наночастицами Z1O2 и НЮг // Известия РАН. Сер.физ. 2000. т.64. № 2. С.381−384.
- Пуарье Ж.П. Высокотемпературная пластичность кристаллических тел. М.: Металлургия, 1982. 272 с.
- Шеламов В.А., Литвинец А. И. Физико-химические основы производства полуфабрикатов из спеченных алюминиевых порошков. М.: Металлургия, 1975, 278 с.
- Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть I. М.: Миссис, 1999. 383 с.
- Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1985. 568с.
- Лахтин Ю. М, Леонтьева В. П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. 528с.
- Марвина Л.А., Марвин В. Б. Диффузионные процессы и деградация структуры в металлах. Владивосток — Благовещенск, Дальнаука: Изд-во АмГУ, 1996. 276с.
- D.A. Molodov, U. Czubayko, G. Gottstein, L.S. Shvindlerman. On the Effect of Purity and Orientation on Grain Boundary Motion // Acta Met. 1998. V.46, № 2. P. 553−556.
- P.A. Manohar, M. Ferry and T. Chandra. Five Decades of Zener Equation // ISIJ International. 1998. V.38. № 9. P. 913 924.
- Кайбышев О.А., Валиев Р. З. Границы зерен и свойства металлов. М.: Металлургия, 1987. 214 с.
- Anderson М.Р., Grest G.S., Doherty R.D., Li K., Srolovitz D.J. Scripta Met. 1989. V.23. № 5. P.753.
- Ashby M.F., Harper J., Lewis J. The estimation of the Zener drag of grain boundary by particles in different crystal systems // Harward report. 1967. № 5. P. 574−588.
- Liu Y., Patterson B.R. Particle volume fraction dependence in Zener drag // Scripta Met. 1993. V.29. № 6. P. 1101−1106.
- Worner C.H., Hazzledine P.M. An analytical model for two-dimensional Zener drag // Scripta Met. 1993. V. 28. № 3. P. 337−342.
- Hazzledine P.M. Grain boundary pinning in two-phase materials // Czechosl. J. Phys. 1988. V. 38. № 4. P.431−443.
- Gladman T. Second phase particle distribution and secondary recrystallization // Scripta Met. 1992. V. 27. № 9. P.1569−1573.
- Liu Y., Patterson B.R. Evaluation of inhibited gram growth criteria in particle-containing materialse // Scripta Met. 1992. V. 27. № 6. P. 539−542.
- Kim B.-N., Kishi T. Finite element simulation of Zener pinning behavior. Acta Met. 1999. V.47. № 7. P. 2293−2301.
- Sun В., Suo Z., Yang W. Acta Met. 1997. V.45. № 7. P. 1907.
- Гегузин Я.Е., Кривоглаз M.A. Движение макроскопических включений в твердых телах. М.: Металлургия, 1971.350с.
- Серебряков А.В. К теории диффузионного движения частиц в твердых телах // Физика твердого тела. 1974. Т. 16. вып. 7. С. 1833−1846.
- Осиновский М.Е. Теоретическое исследование диффузионного движения макроскопических включений в металлах и сплавах. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Киев: Ин-т металлофизики АН УССР, 1971. 18с.
- Kokhanchik G.A., Serebryakov A.V., Shouanov Yu.A. Diffusion motion of particles in solid // Phys. Stat. Sol. A. 1974. V. 23. № 1. P. 99−104.
- Ashby M.F., Palmer J.G. The dragging of solid particles through metals by grain boundaries // Acta Met. 1967. V. 15. № 2. P. 420−423.
- Бабич Б.Н., Бушнев Л. С., Колобов Ю. Р. Коалесценция частиц упрочнителя в дисперсно-упрочненном сплаве Ni Зоб.% НЮ2 при высокотемпературной ползучести // Известия вузов. Физика. 1975. № 6. С.141−143.
- Колобов Ю.Р., Бушнев Л. С., Чумляков Ю. И., Бабич Б. Н. Механизм высокотемпературной ползучести дисперсно-упрочненных сплавов на основе никеля // Порошковая металлургия. 1980. № 9. С.83−87.
- Колобов Ю.Р., Бушнев Л. С., Бабич Б. Н. О рекристаллизации дисперсно-упрочненных сплавов на никелевой основе, имеющих полигонизованную субструктуру // Известия вузов. Физика, 1975. № 12. С. 116−122.
- Колобов Ю.Р., Бушнев Л. С., Бабич Б. Н. Влияние парциального давления кислорода в атмосфере отжига на характер рекристаллизации дисперсно-упрочненных сплавов на основе никеля // Физика металлов и металловедение. 1977. Т. 44. вып.2. С. 350−356.
- Гегузин Я.Е., Калинин В. В., Макаровский Н. А. О коалесценции крупинок посторонней фазы на поверхности кристалла в режиме «подметания» // Доклад АН СССР. 1974. Т. 218. № 6. С. 1319−1323.
- Колобов Ю.Р., Марвина Л. А. Закономерности совместной миграции границ зерен с частицами окислов в дисперсно-упрочненном никеле // Металлофизика. 1987. Т. 9. № 5. С. 48−53.
- Колобов Ю.Р., Марвина Л. А., Бабич Б. Н. Закономерности и механизмы движения кристаллических включений в дисперсно-упрочненных никелевых сплавах // Докл. АН. СССР. 1988. Т. 302. № 6. С. 1364−1367.
- Колобов Ю.Р., Марвина Л. А. Механизмы движения кристаллических включений в дисперсно-упрочненных сплавах с различным содержанием поверхностно-активных примесей // Металлофизика. 1988. Т. 11, № 3. С. 67−72.
- Колобов Ю.Р., Марвина Л. А. Физическая модель движения кристаллических включений в металлах // Металлофизика. 1990. Т. 12. № 2. С.83−88.
- Марвина Л.А. Закономерности и механизм движения кристаллических включений в дисперсно-упрочненных никелевых сплавах: Диссертация канд. физ.-мат. наук. Томск: Том. ун-т, 1989. 203 с.
- Марвина JI.A., Марвин В. Б., Колобов Ю. Р. О механизме, контролирующем массоперенос при диффузионном движении кристаллических частиц в металлической матрице // Известия вузов. Физика. 1992. № 2. С. 88−92.
- Lund R.W., Nix W.D. High temperature creep of Ni 20Сг-2ТЮ2 singl crystals // Acta Met. 1976. V. 24. № 5. P. 469−480.
- Механические и технологические свойства металлов: Справочник под ред. Бобылева А. В. М.: Металлургия, 1987. 208 с.
- Физико-химические свойства окислов: Справочник под ред. Самсонова Г. В. М.: Металлургия, 1979. 471с.
- Goto S., Koda S. On diffusion of oxygen in nickel // J. Jap. Inst. Metals. 1961. V.31. № 4. P.131−134.
- Bergner D. Uber die Diffusion des Hafniums in Titan and Nickel // Krist. und Techn. 1972. D. 7. № 6. P. 651−656.
- Металловедение и термическая обработка стали: Справочник под ред. Бернштейна M. JL, Рахштадта А. Г. Кн. II. М.: Металлургия, 1983. 268с.
- Lioyd Y.J., Martin J.W. The diffusivity of oxygen in nickel determined by internal oxidation of dilute Ni-Be alloys // J. Metal Sci. 1973. V.7. № 75. P.76−80.
- Zener C., priv. com. to Smith C. S. Trans metal, 1949, V.175, P.15.
- Штремель M.A., Маркович A.JI. // Физика металлов и металловедение, 1991, № 6, С. 25.
- Копецкий Ч.В., Орлов А. Н., Фионова Л. К. Границы зерен в чистых металлах. М.: Наука, 1987. 160 с.
- Бокштейн Б.С., Копецкий И. В., Швиндлерман Л. С. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. М.: Металлургия, 1986. 224 с.
- G. Gottstein, D.A. Molodov, L.S. Shvindlerman. Grain Boundary Migration in Metals: Recent Developments // Interfase Science. 1998. V.6. P.7−22.
- L.S. Shvindlerman, U. Czubayko, G. Gottstein, D.A. Molodov. High Pressure Effect on Grain Boundary Migration and Mechanism of Grain Boundary Migration / Materials Science Forum. 1996. V. 204−206. P.45−54.
- Хесснер Ф., Хофман С. В кн.: Рекристаллизация металлических материалов: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. С. 71−102.
- Копецкий Ч.В., Швиндлерман JI.C. В кн.: Рекристаллизация металлических материалов. М.: Металлургия, 1982. С. 71−102.
- Аристов В.Ю., Копецкий Ч. В., Швиндлерман JI.C. Научные основы материаловедения. М.: Наука, 1981. С. 84−114.
- Гляйтер Г., Чалмерс Б. Болыпеугловые границы зерен. М.: Мир, 1975. 375с.
- Gladman Т. On the theory of the effect of precipitate particles on grain growth in metals // Proc. Roy. Soc. 1966. V. A294. № 1438. P. 298−309.
- Ruym N., Hunderi O., Nes E. On grain boundary drag from second phase particles // Scripta Materialia. 1983. V. 17. № 11. P. 1281−1283.
- Worner C.H., Cabo A., Hillert M. On the limit for particle attachment in Zener drag // Scripta Materialia. 1986. V. 20. № 6. P. 829−831.
- Rabkin E. Zener drag in the case of anisotropic grain boundary energy // Scripta Materialia. 1998. V.39. № 12. P. 1631−1637.
- Adams B.L., Kinderlehrer D., Mullins W.W., Rollett A.D., Taasan Shlomo. Extracting the relative grain boundary free energy and mobility functions from the geometry of microstructures // Scripta Materialia. 1998. V.38. № 4. P. 531−536.
- Марвина JI.A. О деградации структуры дисперсно-упрочненных сплавов // Наукоемкие технологии: Сб. трудов. Благовещенск: Изд. Амурского гос. унта. 1994. С. 93−97.
- Knight D.T., Burton В. The climb of dislocations which are connected to bubbles and voids // Phil. Mag. 1992. V.66. P. 289 -306.
- Марвина JLA., Марвин В. Б. О критерии стабильности зеренной структуры в сплаве с частицами при собирательной рекристаллизации // Известия вузов. Цветная металлургия. 1999. № 4. С. 52−55.
- Марвина Л.А., Марвин В. Б. Условия торможения мигрирующей границы зерна в сплаве с частицами при первичной рекристаллизации // Физика металлов и металловедение. Т. 88. 1999. № 5. С. 11−20.
- Розенберг В.М. Основы жаропрочности металлических материалов. М.: Металлургия, 1973. 328 с.
- Nes Е., Ryum N., Hunderi О. On the Zener drag // Acta Materialia. 1985. V.33. № 11. P. 11−22.
- Raabe D., Lucke K. Selective particle drag during primary recrystallization of Fe-Cr alloys // Scripta Materialia. 1992. V.26. № 1. P. 19−24.
- Serebryakov A.V., Redkova T.M., Lobanov V.I. On recrystallization of dispersion-hardened alloys // Phys. Stat. Sol. A. 1972. V. 14. № 1. P. 77−81.
- Марвина Л.А. Стабильность структуры жаропрочных сплавов на основе никеля в условиях развития диффузионных процессов. Автореф. докт. дис. М.: МИСиС, 1997.
- Gottstein G., Shvindlerman L.S. Theory of grain boundary motion in the presence of mobile particles // Acta Materialia. 1993. V.41. № 11. P. 3267−3275.
- Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. 975 с.
- Ферми Э. Термодинамика. Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1969. 212 с.
- Adda Y., Philibert J. La diffusion dans les solides, tome 2. Paris: Press Univer-sitaires, 1966.
- Siegel R.W. Point defects and defect interactions in metals. Amsterdam: Univ. Tokyo Press North Holland, 1982. 533 p.
- Molodov D.A., Czubayko U., Gottstein G., Shvindlerman L.S. On the Effect of Purity and Orientation on Grain Boundary Motion // Acta Materialia, 1998, V.46, № 2. P. 553−564.
- Металловедение и прочность материалов: Межвузовский сборник научных трудов. Изд-во Волгоградского политехнического института, 1993. 103 с.
- Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:1. Статьи по списку ВАК:
- А1.Марвина JI.A., Марвин В. Б., Карибьянц В. Р., Неупокоева И. В. О критерии стабильности зеренной структуры в дисперсно-упрочненных сплавах при первичной рекристаллизации // Известия Вузов. Цветная Металлургия, 2001. № 1. С.25−28.
- А2.Марвина JI.A., Марвин В. Б., Карибьянц В. Р., Неупокоева И. В. Прогнозирование стабильности зеренной структуры дисперсно-упрочненных сплавов при собирательной рекристаллизации // Наука производству, 2001. № 4 (42). С. 33−35.1. Статьи:
- АЗ.Марвина JI.A., Марвин В. Б., Карибьянц В. Р., Неупокоева И. В. Критерий стабильности комплекса граница зерна частицы второй фазы при первичной рекристаллизации // Естественные науки, 2001. № 3. С. 100−103.
- А4. Селиванов Н. В., Неупокоева И. В. О влиянии высоких температур на стабильность зеренной структуры дисперсно-упрочненных сплавов // Вестник Астраханского государственного технического университета, 2004. № 1(20). С. 31−34.1. Тезисы: