Влияние протяженности межатомного взаимодействия на процесс упорядочения в бинарных сплавах Текст научной статьи по специальности «Физика»

коэффициента взаимодействия атомов т. Расчеты проводились при Ь/а = 0,25 для цепочки из 100 атомов. В первой серии расчетов для I = 10 и В = 0,03 использовались значения т, равные 0,25, 1,1, 1,2 и 4 (рис. 4).

На рис. 5-6 показано влияние количества примесных атомов на отклонения в цепочке. На рис. 5 представлены результаты серии расчетов при т = 0,9 и В = 0,029, а на рис. 6 - при т = 1,2 и В = 0,03.

ЛИТЕРАТУРА

1. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. М., 1955. 483 с.

2. Веселков С.Ю. Прочность поликристаллического материала около концентраторов напряжений: Учебно-методическое пособие / С.-Пб.: СпбГУ, 1997. 52 с.

3. Инденбом В.Л. Подвижность дислокаций в модели Френкеля -Конторовой // Кристаллография. 1958. Т. 3. № 2. С. 197-205.

4. Даль Ю.М. Физические особенности макроскопической пластичности и микросдвигов у вершины равновесной трещины. Л., 1997. 38 с.

УДК 548.5.01+538.91-405

ВЛИЯНИЕ ПРОТЯЖЕННОСТИ МЕЖАТОМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ПРОЦЕСС УПОРЯДОЧЕНИЯ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ

© О.В. Андрухова, А.В. Борисов, Н.В. Ломских, Н.М. Гурова, М. Д. Старостенков

Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет

Andrukhova O.V., Borisov A.V., Lomskikh N.V., Gurova N.M., Starostenkov M.D. The influence of extended atomic interaction on the ordered process in binary alloy. A computer investigation is described of thermo-activated atom ordering processes in binary alloy of AB type taking into account different coordination spheres (L = 1...9) in interaction. In the course of the experiment, the interaction of phase transition temperature and a coordination spheres number is investigated. The stable structures received are discussed, viz.: the changing of domain sizes, anti-phase boundary length, density distribution of structural peculiarities. It is found that long-distance atomic interaction deposits beginning from the sixth sphere are significant and don’t play any visible role in the process of ordering.

ВВЕДЕНИЕ

Кинетика атомного упорядочения сплавов и фазовые переходы порядок-беспорядок изучаются преимущественно с учетом ближайших координационных сфер [1-3]. Вопрос об эффекте разупорядочения материала, вносимом дальними координационными сферами, ранее практически не рассматривался. Существуют отдельные данные, указывающие на существенный вклад в моделируемую атомную картину дальнодейст-вующих вкладов вплоть до пятой-шестой координационных сфер [4-6]. При этом в основном исследуются корреляционные факторы для диффузии по вакансион-ной подрешетке. Анализ тонкой структуры материала, полного и локального порядка на структурных особенностях материала в зависимости от протяженности модельного дальнодействия не проводился. В представленной работе изучается влияние дальнодействия межатомного потенциала на равновесные структуры материала, реализующиеся в температурном интервале от 0 до 1,1 Тк (Тк - температура исчезновения дальнего порядка в атомной системе). Рассматриваются структурные и энергетические особенности атомного упорядочения, анализируется необходимость и объективность учета дальнодействующих вкладов при моделировании фазовых превращений порядок-беспорядок.

МОДЕЛЬ И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ

В настоящей работе рассматривается бинарный сплав стехиометрического состава АВ. Предполагается при этом, что атомы располагаются в узлах квадратной

кристаллической решетки в соответствии с заданной концентрацией. Часть узлов, определяемая концентрацией вакансий, остается свободной. Рассматривался кристаллический блок 100x100 узлов с учетом периодических граничных условий. Упорядочение реализуется за счет диффузии атомов по вакантным узлам решетки. Отметим только, что протяженность межатомного взаимодействия варьировалась от одной до девяти координационных сфер. В серии компьютерных экспериментов моделируется изотермический отжиг материала. В кристалле задается равномерное распределение температуры T(x, y) = const. Исходная структура материала задавалась полностью неупорядоченной.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ДИСКУССИЯ

В представленной работе описываются только равновесные состояния сплава, которых сплав достигает, проходя через цепочку последовательных неравновесных конфигураций. На рис. 1 приводятся типичные равновесные конфигурации модельного сплава при различной протяженности дальнодействия для температуры 250 К. Видно, что последовательное введение во взаимодействие более удаленных атомов приводит к существенному изменению равновесной структуры материала. Однако этот эффект проявляется до 6 координационных сфер. Если учет ближайших соседей (первая координационная сфера) приводит к образованию преимущественно точечных дефектов замещения, последовательное введение более удаленных соседей (вплоть до 4 координационной сферы) влечет за собой появление новых структурных образований - класте-

ж) Ь = 8 з) Ь = 9

Рис. 1. Типичные равновесные структуры модельного сплава при различной протяженности межатомного взаимодействия,

Ь - число координационных сфер

Пь 1,1

1 - ♦

0,9 - ▲ "

0,8 - ♦ _

О, 40 0, 0, ♦ -*♦' і V

0,5 -

0,4 - 8і

0,3 -

0,2 -

- 8рИеге1

♦ 8рИеге2 а 8рИеге3 х 8рИеге5 ж 8рИеге7

• 8рИеге9

Пь

500 1000

а)

1500 Т, К

1,2 1 і 0,8 0,6 0,4 0,2 0

0

і Ні

■ ♦

* ■ ♦

8р1нє1

8р1не2

8р1нє3

8р1нє5

8р1нє7

8р1нє9

500

б)

1000

Т, К

в)

Рис. 2. Зависимости параметра дальнего порядка среднего по объему (а) и в упорядоченной фазе (б) при различном числе координационных сфер Ь, учитываемых во взаимодействии. в) Изменение температуры превращения порядок-беспорядок с увеличением протяженности межатомного взаимодействия

ров (скопления разноименных атомов) и сегрегаций (группы атомов одного сорта) (рис. 1б), микродоменов, антифазных границ. Далее с увеличением глубины взаимодействия (5 и 6 координационные сферы) наблюдается измельчение доменной структуры материала и увеличение плотности антифазных границ, структура последних становится лабиринтной, и на них локализуются различные структурные образования - кластеры, сегрегации и микродомены. Наблюдаются значительные области фазы с ближним по-

рядком в расположении атомов по узлам кристаллической решетки. Отметим, что полученные результаты дают неплохое согласие с данными [6], где показано, что в сплавах системы Си - Аи взаимодействие носит существенно дальнодействующий характер, и вклады в энергию упорядочения дальних сфер, по крайней мере, до пятой сферы [6, 8, 9], значительны.

Понимание природы атомного упорядочения невозможно без детального описания характера поведения параметра дальнего порядка во всем температур-

0

ном интервале фазового превращения порядок-беспорядок. Зависимости параметра дальнего порядка среднего по объему и в упорядоченной фазе при различном числе координационных сфер Ь, учитываемых во взаимодействии, представлены на рис. 2а, б в координатах цЬ (Т). Рис. 2в иллюстрирует изменение температуры превращения порядок-беспорядок с увеличением протяженности межатомного взаимодействия. Очевидно, что для данного модельного сплава превращение проходит через двухфазную область, причем температурный интервал существования в материале двух фаз - упорядоченной фазы с дальним порядком (антифазные домены) и фазы с ближним порядком (микродомены, кластеры и сегрегации) - смещается в область более низких температур. По классификации Майера и Стриттера, развитой в последнее время Роловым, модельный сплав обнаруживает черты размытого фазового перехода первого рода.

С увеличением числа сфер Ь увеличивается скачок АпЬ в Тк, то есть понижается устойчивость упорядоченной фазы по отношению к фазе с ближним порядком. Наряду с наименьшей степенью порядка, еще сохраняющейся в сплаве при Тк (конец двухфазной области), имеет смысл и наибольшая величина цЬ, при которой начинается разупорядочение (начало двухфазной области). Эта величина также характеризует устойчивость упорядоченного состояния. Сопоставление этих двух характеристик показало, что с увеличением числа координационных сфер, учитываемых во взаимодействии, устойчивость упорядоченной фазы уменьшается, возникновение фазы с ближним порядком становится более вероятным. Потеря устойчивости упорядоченной фазы вплоть до шестой координационной сферы наступает при разных значениях Т.

С точки зрения статистической теории атомного упорядочения, оперирующей даже с постоянной энергией упорядочения (не зависящей от параметра решетки, состояния порядка, температуры отжига

и т. д.), это свидетельствует о том, что для данного материала существенна роль трех и четырех частичных корреляций (и их различном вкладе в парную энергию упорядочения).

Во всех случаях, для данного модельного сплава при температурах выше Тк обнаруживается значительный ближний порядок, который в микродоменной модели может быть пересчитан в дальний. Средняя степень дальнего порядка в микродоменах увеличивается с измельчением доменной структуры материала. В случае реализации микродоменной структуры степень порядка высока (микродомены практически совершенны) ~ 0,94. Отметим, что фаза с ближним порядком в расположении атомов при температурах выше Тк чувствительна к повышению температуры (вне зависимости от дальнодействующих вкладов), о чем свидетельствует поведение параметров порядка среднего по объему материала и в антифазных доменах и микродоменах вместе. При сохранении высокого внутридомен-ного порядка средний по объему порядок продолжает убывать. Это обусловлено, по-видимому, дальнейшим измельчением микродоменов с сохранением высокой степени порядка в них и увеличением плотности кластеров и сегрегаций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Martin P.L., Williams J.C. // Acta Metall. 1984. V. 32. P. 1695.

2. Murch G.E., Heng Zhang // Phil. Mag. 1995. V. 72. P. 249.

3. Athenes M., Bellon P., Martin G., Haider F. // Acta Mater. 1996. V. 44. P. 4739.

4. Kulkarni U.D., Banerdjee S. // Acta Metall. 1988. V. 36. P. 413.

5. Richman R.H., Davies R.G. // Metallurgical Transactions. 1973. V. 4. P. 2731.

6. Матвеева Н.М., Козлов Э.В. Упорядоченные фазы в металлических системах. М.: Наука, 1989. С. 157.

7. Starostenkov M.D., Evstgneev V.V., Andruhova O.V, Lomskikh N.V., Borissov A. V. // Abstracts of Japan MRS Meeting. 1996. Р. 186.

8. Cahn R. W. // In Phase Transition in Condensed Systems. MRS Symp. Proc. 1987. P. 385.

9. Ролов Б.Н. Размытые фазовые переходы. Рига: Зиманте, 1972. С. 311.

УДК 621.763:539.4.015

РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ КОМПОЗИТАХ Ni-SiO

© А.И. Ильинский, Г.Е. Лях|, С.И. Лябук, С.В. Русинова

Украина, Харьков, Государственный политехнический университет

Ilyinsky A.I., Lyakh G.E., Lyabuk S.I., Rusinova S.V. Stress relaxation in quick-harden ultra-small granular composites Ni-SiO. The article looks at stress relaxation in the quick quenched ultra-small granular composites Ni-SiO. The dispersion-hardened films of nickel-silica prepared by vapour phase crystallization in vacuum is studied using transmission electron microscopy and a stress-relaxation method. The mentioned elements are shown to form an ultra-dispersed structure, characterised by a uniquely high level of strength. The correlation between the structure and strength is discussed.

Ультрамелкозернистые материалы (нано- и суб-микрокристаллические с размерами зерен десятки и сотни нанометров соответственно) вызывают растущий интерес исследователей благодаря ряду уникальных

физико-механических свойств [1, 2]. Одним из перспективных методов получения подобных объектов в виде пленок (фольг) является высокоскоростная кристаллизация из паровой фазы в вакууме [3]. Для изуче-