Вклад границ зерен с сопрягающимися плоскостями во внутреннее трение
В.Г. Кульков
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.264
Оригинальная статья
Аннотация: В нанокристаллических металлах существуют границы зерен, которые под воздействием приложенных вдоль них сдвиговых напряжений движутся вдоль нормали. Такие границы совмещают два вида зернограничной деформации – взаимное проскальзывание зерен вдоль границы и ее миграцию. Такая взаимосвязь легко объясняется в модели межкристаллитных границ с сопрягающимися кристаллографическими плоскостями. Путем решения дифференциального уравнения в условиях действия переменного напряжения находится функциональная зависимость смещения границы от координаты и времени. На основе этого находится величина рассеянной за период колебаний энергии и выражение для внутреннего трения, обусловленного вкладом таких границ. Оно имеет характер пика Дебая. Энергия активации процесса равна энергии активации зернограничной самодиффузии. Предложен атомный механизм движения границы, в основе которого лежат диффузионные процессы между протяженными ступеньками атомного масштаба в границе.
Ключевые слова: границы зерен, кристаллиты, сопрягающиеся плоскости, миграция границы, диффузия, вакансии, время релаксации
- Кульков Виктор Геннадьевич – д.ф.-м.н., профессор филиала, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
Ссылка на статью:
Кульков, В.Г. Вклад границ зерен с сопрягающимися плоскостями во внутреннее трение / В.Г. Кульков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 264-273. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.264.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Орлов, А.Н. Границы зерен в металлах / А.Н. Орлов, В.Н. Перевезенцев, В.В. Рыбин. – М.: Металлургия, 1980. – 154 с.
2. Глейтер, Г. Большеугловые границы зерен / Г. Глейтер, Б. Чалмерс. – М.: Мир, 1975. – 375 с.
3. Molodov, D.A. Migration of specific planar grain boundaries in bicrystals: application of magnetic fields and mechanical stresses / D.A. Molodov, T. Gorkaya, C. Günster, G. Gottstein // Frontiers of Materials Science in China. – 2010. – V. 4. – I. 3. – P. 291-305. DOI: 10.1007/s11706-010-0080-6.
4. Sheikh-Ali, A.D. Sliding behaviour of symmetric tilt near ∑=25 {1 2 16} boundary in zinc bicrystals / A.D. Sheikh-Ali, J.A. Szpunar // Materials Science and Engineering: A. – 1998. – V. 245. – I. 1. – P. 49-54. DOI: 10.1016/s0921-5093(97)00697-7.
5. Sheikh-Ali, A.D. Sliding behaviour of ∑= 9 {1 2 12} symmetric tilt boundary in zinc bicrystals / A.D. SheikhAli, F.F. Lavrentyev, Y.G. Kazarov // Acta Materialia. – 1997. – V. 45. – I. 11. – P. 4505-4512. DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00119-5.
6. Sheikh-Ali, A.D. Coupling of grain boundary sliding and migration within the range of boundary specialness / A.D. Sheikh-Ali // Acta Materialia. – 2010. – V. 58. – I. 19. – P. 6249-6255. DOI: 10.1016/j.actamat.2010.07.043.
7. Gorkaya, T. Concurrent grain boundary motion and grain rotation under an applied stress / T. Gorkaya, K.D. Molodov, D.A. Molodov, G. Gottstein // Acta Materialia. – 2011. – V. 59. – I. 14. – P. 5674–5680. DOI: 10.1016/j.actamat.2011.05.042.
8. Molodov, D.A. Mechanically driven migration of 〈100〉 tilt grain boundaries in Al-bicrystals / D.A. Molodov, T. Gorkaya, G. Gottstein. // Materials Science Forum. – 2007. – V. 558-559. – P. 927-932. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.558-559.927.
9. Suzuki, A. Atomic mechanism of grain boundary migration / A. Suzuki, Y. Mishin // Materials Science Forum. – 2005. – V. 502. – P. 157-162. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.502.157.
10. Карькина, Л.Е. Зернограничное проскальзывание и миграция специальных границ зерен в бикристаллах Al. Атомистическое моделирование / Л.Е. Карькина, И.Н. Карькин, А.Р. Кузнецов, Ю.Н. Горностырев // Физика твердого тела. – 2018. – Т. 60. – вып. 10. – С. 1874-1881. DOI: 10.21883/FTT.2018.10.46511.099.
11. Rahman, M.J. A comprehensive molecular dynamics study of low angle grain boundary mobility in a pure aluminum system / M.J. Rahman, H.S. Zurob, J.J. Hoyt // Acta Materialia. – 2014. – V. 74. – P. 39-48. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.03.063.
12. Cahn, J.W. Coupling grain boundary motion to shear deformation / J.W. Cahn, Y. Mishin, A. Suzuki // Acta Materialia. – 2006. – V. 54. – I. 19. – P. 4953-4975. DOI: 10.1016/j.actamat.2006.08.004.
13. Maier, A.-K. Theoretical modelling of grain boundary anelastic relaxations / A.-K. Maier, D. Mari, I. Tkalcec, R. Schaller // Acta Materialia. – 2014. – V. 74. – P. 132-140. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.04.016.
14. Ovid'ko, I.A. Free surface effects on stress-driven grain boundary sliding and migration processes in nanocrystalline materials / I.A. Ovid'ko, A.G. Sheinerman // Acta Materialia. – 2016. – V. 121. – P. 117-125. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.082.
15. Berbenni, S. A micromechanics-based model for shear-coupled grain boundary migration in bicrystals / S. Berbenni, B. Paliwal, M. Cherkaoui // International Journal of Plasticity. – 2013. – V. 44. – P. 68-94. DOI: 10.1016/j.ijplas.2012.11.011.
16. Hadian, R. Atomistic migration mechanisms of atomically flat, stepped, and kinked grain boundaries / R. Hadian, B. Grabowski, C.P. Race, J. Neugebauer // Physical Review B. – 2016. – V. 94. – I. 16. – P. 165413-1-165413-10. DOI: 10.1103/PhysRevB.94.165413.
17. Горелик, С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов / С.С. Горелик, С.В. Добаткин, Л.М. Капуткина. – М.: МИСИС, 2005. – 432 с.
18. Caillard, D. Grain-boundary shear-migration coupling. II. Geometrical model for general boundaries / D. Caillard, F. Mompiou, M. Legros // Acta Materialia. – 2009. – V. 57. – I. 8. – P. 2390-2402. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.01.023.
19. Ralphp, B. The structure of grain boundaries. A model based on planar watching / B. Ralphp, P.R. Howell, T.F. Page // Physica Status Solidi b. – 1973. – V. 55. – I. 2. – P. 641-652. DOI: 10.1002/pssb.2220550220.
20. Gronsky, R. Direct observations of plane matching by lattice imaging electron microscopy / R. Gronsky, G. Thomas // Scripta Metallurgica. – 1977. – V. 11. – I. 9. – P. 791-794. DOI: 10.1016/0036-9748(77)90077-1.
21. Pumphrey, P.H. A plane matching theory of high angle grain boundary structure / P.H. Pumphrey // Scripta Metallurgica. – 1972. – V. 6. – I. 2. – P. 107-114. DOI: 10.1016/0036-9748(72)90260-8.
22. Schindler, R. On grain boundary dislocations in plane matching grain boundaries / R. Schindler, J.E. Clemans, R.W. Balluffi // Physica Status Solidi a. – 1979. – V. 56. – I. 2. – P. 749-761. DOI: 10.1002/pssa.2210560243.
23. Randle, V. The coincident axial direction (CAD) approach to grain boundary structure / V. Randle, B. Ralph // Journal of Materials Science. – 1988. – V. 23. – I. 3. – P. 934-940. DOI: 10.1007/BF01153992.
24. Федоров, Ю.А. Межкристаллитное проскальзывание по границе с сопрягающимися плоскостями / Ю.А. Федоров // Физика металлов и металловедение. – 1991. – № 7. – С. 67-72.
25. Даринский, Б.М. Движение межкристаллитной границы сопрягающихся плоскостей / Б.М. Даринский, В.Г. Кульков // Сборник научных трудов «Физика и технология материалов электронной техники». – Воронеж: Изд-во Воронежского политехнического института, 1992. – С. 114-117.
26. Хирт, Дж. Теория дислокаций / Дж. Хирт, И. Лоте. – М.: Атомиздат, 1972. – 599 с.
27. Кульков, В.Г. Миграция несоразмерной межкристаллитной границы и граничная самодиффузия / В.Г. Кульков // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2022. – Т. 24. – № 4. – С. 475-482. DOI: 10.17308/kcmf.2022.24/10552.
28. Новик, А. Релаксационные явления в кристаллах / А. Новик, Б. Берри. – М.: Атомиздат, 1975. – 472 с.
29. Блантер, М.С. Метод внутреннего трения в металловедческих исcледованиях / М.С. Блантер, Ю.В. Пигузов, Г.М. Ашмарин и др. – М.: Металлургия, 1991. – 248 с.
30. Чувильдеев, В.Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения / В.Н. Чувильдеев. – М.: Физматлит, 2004. – 304 с.