Влияние ультразвука на поведение неупорядоченных дислокационных систем в кристалле с неравновесными границами зерен

Д.В. Бачурин1,2, Р.Т. Мурзаев1, Ю.А. Баимова3, А.А. Самигуллина1, К.А. Крылова1
1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия
2Institute for Applied Materials, Karlsruhe Institute of Technology, Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
3Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, ул. Ковалевской 18, 620990, Екатеринбург, Россия
Аннотация
В работе проводится численное моделирование поведения неупорядоченных дислокационных систем под воздействием ультразвука в зерне модельного двумерного поликристалла, содержащего неравновесные границы зерен. Неравновесносное состояние границ моделируется при помощи поля напряжений квадруполя клиновых стыковых дисклинаций, которые являются характерным элементом неравновесной структуры ультрамелкозернистых материалов, полученных при помощи методов интенсивной пластической деформации. Полагается, что длина стоячей звуковой волны намного превосходит амплитуды колебаний дислокаций, а амплитуда напряжений ниже динамического предела текучести. Положения дислокаций и знаки их вектора Бюргерса в исходной конфигурации задаются случайным образом. Все дислокации принадлежат к одной системе скольжения, но находятся на разных (параллельных) плоскостях скольжения. Обнаружено качественно иное поведение дислокационных структур в отличие от случая бесконечного кристалла. А именно, образования дислокационных стенок, чередующихся по знаку вектора Бюргерса, не происходит. Вместо этого, если число дислокаций системы невелико, то практически все они из тела зерна перемещаются в границы зерен. В то время как при более высоких плотностях образуется субструктура, состоящая из дислокационных стенок, диполей и мультиполей. При увеличении амплитуды ультразвукового воздействия происходит более тщательная «очистка» зерна от дислокаций. Для количественной оценки релаксации дислокационной системы рассчитывается сумма диагональных компонент тензора внутренних напряжений. Выявлено наличие двух (быстрой и медленной) стадий релаксации. Показывается, что уровень внутренних напряжений, связанный с перестройкой неупорядоченной дислокационной структуры, может уменьшаться до 20%.
Получена: 01 июля 2016   Исправлена: 18 августа 2016   Принята: 19 августа 2016
Просмотры: 82   Загрузки: 29
Ссылки
1.
V.P. Severdenko, V.V. Klubovich, A.V. Stepanenko. Ultrasonic pressure processing of metals. Minsk: Nauka i technika (1973) 288 p. (in Russian). [Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко А.В. Обработка металлов давлением с ультразвуком. Минск: Наука и техника (1973) 288 с.]
2.
A.V. Kulemin. Ultrasound and diffusion in metals. Moscow: Metallurgia (1978) 200 p. (in Russian). [Кулемин А.В. Ультразвук и диффузия в металлах. М.: Металлургия (1978) 200 с.]
3.
N.A. Tyapunina, E.K. Naimi, G.M. Zinenkova. Effect of ultrasound on crystals with defects. Moscow: MGU (1999) 239 p. (in Russian). [Тяпунина Н.А., Наими Е.К., Зиненкова Г.М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. М.: Изд-во МГУ (1999) 239 с.]
4.
O.V. Abramov, Effect of high-intensity ultrasound on liquid and solid metals. Moscow: Nauka (2000) 297 p. (in Russian). [Абрамов О.В. Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые металлы. М.: Наука (2000) 297 с.]
5.
I.G. Polotski, V.F. Belostotski, O.N. Kashevskaya. Phys. Chem. Mater. Treat. 4, 152–155 (1971) (in Russian). [Полоцкий И.Г., Белостоцкий В.Ф., Кашевская О.Н. Физика и химия обработки материалов. 4, 152-155 (1971)]
6.
A.V. Matz, V.M. Netesov, V.I. Sokolenko, C.V. Kovtun, Problems Atomic Sci. Technol. 4, 167–169 (2009) (in Russian). [Мац А.В., Нетёсов В.М., Соколенко В.И., Ковтун К.В. Вопросы атомной науки и техники. 4, 167–169 (2009)]
7.
A.A. Samigullina, R.R. Mulyukov, A.A. Nazarov, A.A. Mukhametgalina, Yu.V. Tsarenko, V.V. Rubanik. Lett. Mater. 4, 52–54 (2014) (in Russian). [Самигуллина А.А., Мулюков Р.Р., Назаров А.А., Мухаметгалина А.А., Царенко Ю.В., Рубаник В.В. Письма о материалах. 4, 52–54 (2014)]
8.
A.A. Nazarova, R.R. Mulyukov, V.V. Rubanik, Yu.V. Tsarenko, A.A. Nazarov, Phys. Metals Metallogr. 110(6), 574–581 (2010).
9.
B.M. Loginov, A.N. Proskurin, E.V. Vershinin. Phys. Solid State. 44(10), 1799-1801 (2002) (in Russian) [Б.М. Логинов, А.Н. Проскурин, Е.В. Вершинин. Физ. Тверд. Тела. 44(10), 1799-1801 (2002)]
10.
V.T. Degtyarev, A.Yu. Losev, F.A. Plotnikov. Naukoemkie tehnologii. 3-4, 5-7 (2005) (in Russian) [Дегтярев В.Т., Лосев А.Ю., Плотников Ф.А. Наукоемкие технологии. 3-4, 5-7 (2005)]
11.
G.V. Bushueva, G.M. Zinenkova, N.A. Tyapunina, V.T. Degtyarev, A.Yu. Losev, F.A. Plotnikov. Crystallography Rep. 53, 474–479 (2008).
12.
F.A. Plotnikov, D.V. Manuhina. Vestnik TGU. 18(4), 1879-1880 (2013). (in Russian) [Плотников Ф.А., Манухина Д.В. Вестник ТГУ. 18(4), 1879-1880 (2013)]
13.
V.V. Rybin. Large plastic deformations and fracture of metals. Moscow: Metallurgiya (1986) 223 p. (in Russian) [Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия (1986) 223 с.]
14.
A.A. Nazarov, R.Z. Valiev, A.E. Romanov. Scripta Materialia. 34(5), 729-734 (1996).
15.
A.N. Orlov. Introduction to the theory of defects in crystals. Moscow: Vysshaya Shkola. (1983) 144 p. (in Russian). [Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высшая Школа (1983) 144 с.]
16.
J.P. Hirth, J. Lothe. Theory of dislocations. New York: Wiley (1982) 839 p.
17.
V.I. Vladimirov, A.E. Romanov. Disclinations in crystals. Leningrad: Nauka (1986) 222 p. (in Russian) [Владимиров В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах. Л: Наука (1986) 222 с.]
18.
R.T. Murzaev, D.V. Bachurin, A.A. Nazarov. Phys. Metals Metallogr. 116(10), 1057-1065 (2015).
19.
R.T. Murzaev, D.V. Bachurin, A.A. Nazarov. Ultrasonics. 64, 77-82 (2016).
Цитирования
1.
Мухаметгалина А.А., Самигуллина А.А., Сергеев С.Н., Жиляев А.П., Назаров А.А., Загидуллина Ю.Р., Пархимович Н.Ю., Рубаник В.В., Царенко Ю.В., Письма о материалах 7(2 (26)), 85-90 (2017).