Оценка параметров неравновесных границ зерен из высокотемпературного фона зернограничного внутреннего трения
В.Г. Кульков, Д.Ш. Норов
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.267
Оригинальная статья
Аннотация: Рассматриваются физические процессы, приводящие к образованию неравновесных границ зерен в нанокристаллических и ультрамелкозернистых материалах. Решается задача для двумерного уравнения диффузии на сегменте границы, подверженном действию переменных сжимающих напряжений. Находится распределение вакансий и соответствующее нормальное напряжение на сегменте. Из рассмотрения динамики вакансий находится скорость взаимного смещения зерен в направлении нормали к границе и величина внутреннего трения. Внутреннее трение имеет характер высокотемпературного фона. Учитывается эффект подстройки напряжений. Обсуждается процесс атомной релаксации структуры границы с течением времени. Показывается изменение энергии релаксации с изменением комплексного параметра, включающего частоту, размер зерна, энергию активации и температуру. Из графика зависимости логарифма величины произведения внутреннего
трения на температуру от обратной температуры находятся энергии активации на высоко- и низкотемпературных частях процесса. Показывается, что при предплавильных температурах возможно появление участков с наиболее высокой энергией активации. Рассматривается способ определения энергии активации внутреннего трения на равновесных и неравновесных границах. Обсуждается метод оценки размера зерна. Из изменения величины внутреннего трения с течением времени можно определить время релаксации атомной структуры границы.
Ключевые слова: нанокристаллические и ультрамелкозернистые материалы, диффузия, внутреннее трение, энергия активации, время релаксации
- Кульков Виктор Геннадьевич – д.ф.-м.н., профессор филиала , ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
- Норов Джонибек Шералиевич – старший преподаватель филиала, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
Ссылка для цитирования:
Кульков, В.Г. Оценка параметров неравновесных границ зерен из высокотемпературного фона зернограничного внутреннего трения / В.Г. Кульков, Д.Ш. Норов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 267-275. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.267. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Мулюков, Р.Р. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: Эксперимент, теория, технологии / Р.Р. Мулюков, Р.М. Имаев, А.А. Назаров и др.; под ред. Р.Р. Мулюкова и др. – М.: Наука, 2014. – 284 с.
2. Валиев, Р.З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р.З. Валиев, И.В. Александров – М.: Логос, 2000. – 272 с.
3. Грабовецкая, Г.П. Зернограничная диффузия никеля в субмикрокристаллическом молибдене, полученном интенсивной пластической деформацией / Г.П. Грабовецкая, И.П. Мишин, И.В. Раточка, С.Г. Псахье, Ю.Р. Колобов // Письма в журнал технической физики. – 2008. – Т. 34. – Вып. 4. – С. 1-7.
4. Чувильдеев, В.Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения / В.Н. Чувильдеев. – М.: Физматлит, 2004. – 304 с.
5. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – М.: Физматлит, 2005. – 416 с.
6. Попов, В.В. Эмиссионная мессбауэровская спектроскопия границ зерен ультрамелкозернистого ниобия, полученного интенсивной пластической деформацией / В.В. Попов, Е.В. Осинников, Р.М. Фалахутдинов // Физика металлов и металловедение. – 2022. – Т. 123. – Вып. 8. – С. 881-887. DOI: 10.31857/S001532302208006X.
7. Petkov, M.P. Evaluation of local stress state due to grain-boundary sliding during creep within a crystal plasticity finite element multi-scale framework / M.P. Petkov, E. Elmukashfi, E. Tarleton, A. Cocks // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – V. 211. – Art. № 106715. – 20 p. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106715.
8. Blanter, M.S. Internal friction in metallic materials. A handbook / M.S. Blanter, I.S. Golovin, H. Neuhauser, H.-R. Sinning // In: Springer Series in Materials Science. – V. 90. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007, – XVII, 542 p. DOI: 10.1007/978-3-540-68758-0.
9. Poletaev, G.M. Modeling the formation of free volume at grain boundaries and triple junctions during nickel crystallization / G.M. Poletaev, D.V. Novoselova, R.Yu. Rakitin, A.S. Semenov // Letters on Materials. – 2020. – V. 10. – № 3. – P. 299-302. DOI: 10.22226/2410-3535-2020-3-299-302.
10. Полетаев, Г.М. Компьютерное моделирование атомной структуры тройных стыков границ наклона в ГЦК металлах / Г.М. Полетаев, Д.В. Дмитриенко, В.В. Дябденков, В.Р. Микрюков, М.Д. Старостенков // Вестник алтайской науки. – 2013. – Вып. 1. – С. 225-230.
11. Zhang, X. Atomic scale analysis of cracking behavior at the triple junctions based on molecular dynamics simulations / X. Zhang, P. Li, Y. Liu, M. Zhang, F. Yang // Engineering Fracture Mechanics. – 2025. – V. 314. – Art. № 110762. – 12 p. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2024.110762.
12. Wang, L. Effects of accommodated grain boundary sliding on triple junction nanovoid nucleation in nanocrystalline materials / L. Wang, J. Zhou, S. Zhang, Y. Liu, Sh. Dong // Mechanics of Materials. – 2014. – V. 71. – P. 10-20. DOI: 10.1016/j.mechmat.2014.01.002.
13. Li, K. Creep-fatigue damage mechanisms and life prediction based on crystal plasticity combined with grain boundary cavity model in a nickel-based superalloy at 650°C / K. Li, R. Wang, X. Zhang, Sh. Tu // International Journal of Plasticity. – 2023. – V. 165. – Art. № 103601. – 25 p. DOI: 10.1016/j.ijplas.2023.103601.
14. Пупынин, А.C. Диффузионное зарождение пор в стыках зерен субмикрокристаллических материалов / А.C. Пупынин, С.В. Кириков, В.Н. Перевезенцев // Проблемы прочности и пластичности. – 2021. – Т. 83. – Вып. 3. – С. 276-284. DOI: 10.32326/1814-9146-2021-83-3-276-284.
15. Новик, А. Релаксационные явления в кристаллах / А. Новик, Б. Берри. – М.: Атомиздат, 1975. – 472 с.
16. Калинин, Ю.Е. Высокотемпературный фон внутреннего трения в твердых телах / Ю.Е. Калинин, Б.М. Даринский // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2012. – № 5. – С. 15-18.
17. Гриднев, С.А. О вакансионной природе высокотемпературного фона внутреннего трения в твердых телах / С.А. Гриднев, Ю.Е. Калинин // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92. – Вып. 2. – С. 242-249. DOI: 10.21883/jtf.2022.02.52013.146-21
18. Назаров, А.А. Зернограничная диффузия в нанокристаллах при зависящем от времени коэффициенте диффузии // Физика твердого тела. – 2003. – Т. 45. – Вып. 6. – С. 1112-1114.
19. Кульков, В.Г. Зернограничный фон внутреннего трения с неконсервативным скольжением / В.Г. Кульков, П.П. Цирульников, А.А. Сыщиков // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2018. – Т. 15. – Вып. 3. – С. 397-402. DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.014.
20. Кульков, В.Г. Вклад зернограничных пор в высокотемпературный фон внутреннего трения в металлах с ультрамелким зерном // Известия РАН. Серия физическая. – 2020. – Т. 84. – Вып. 9. – С. 1232-1235. DOI: 10.31857/S0367676520090227.
21. Даринский, Б.М. Диффузионная природа α-релаксации в аморфном полимере Т20-60 / Б.М. Даринский, Ю.Е. Калинин, М.А. Каширин и др. // Журнал технической физики. – 2025. – Т. 95. – Вып. 1. – С. 45-55. DOI: 10.61011/JTF.2025.01.59461.96-24.