Динаміка когерентних міжфазних границь при структурних перетвореннях мартенситного типу - Автореферат

Інша особливість МП полягає в деформації форми перетвореної області кристала, тому границі, що її реалізують, є специфічними носіями пластичної деформації. В результаті МФГ при оберненому МП надають матеріалам цілком нові, незвичайні властивості, такі як память форми, надпружність та високе демпфування. Водночас існує альтернативний макроскопічний підхід, при якому МП розглядається як процес трансформації матеріального континууму, головною і визначальною компонентою якого є його деформація, а основним змістом теорії стає взаємодія МФГ із пружними та тепловими полями. Недостатньо уваги приділяється також докладному і послідовному вивченню динамічних властивостей МФГ при високих швидкостях їх руху, наприклад, при екстремальних механічних або теплових навантаженнях матеріалів з памяттю форми. Дисертація виконувалась відповідно до держбюджетних тем № 01850074798 “Фазові та структурні зміни, що визначають надпружність і память форми в сплавах”, № 01920006434 “Вплив концентраційних та структурних неоднорідностей на ефект памяті форми і надпружність у сплавах на основі міді, заліза, титану”, № 0199U002844 “Дослідження механізмів структуроутворення, обумовленого фазовими перетвореннями в інтерметалічних сполуках і сплавах на основі перехідних металів”, № 0102U000316 “Мартенситні перетворення і властивості, які вони обумовлюють, в матеріалах з особливими структурним і магнітним станами”, а також в рамках міжнародного проекту INTAS-93-1202 “Development and investigation of metallic systems and intermetallic compounds with advanced functional properties”.Розвиток гетерофазної структури представлено в континуальному наближенні тензорним полем спонтанної дисторсії eij(x,t), яка постійна в межах кожної фази і зазнає стрибка [eij], рівного відносній власній дисторсії відповідного варіанту МП, на поверхні розділу фаз G. Нерівноважно-термодинамічна модель МП включає чотири групи співвідношень, які записуються окремо для фаз і МФГ: · Кінематичні рівняння неперервності (умови збереження суцільності середовища в процесі МП). , (1) де lij - температурні коефіцієнти напружень, T0 - температура рівноваги фаз; тензор залежних від часу модулів пружності lijkl(t) містить d-функцію при t = 0. Диференціальні рівняння (2), (3), доповнені граничними умовами на рухомих по відомому закону МФГ (4), (5) і рівняннями неперервності, визначають поля пружної дисторсії та температури, що діють в кристалі. Загальна схема вирішення задачі полягає в знаходженні пружного і температурного полів для довільного закону руху МФГ, підстановці відповідних виразів у рівняння руху границь та розвязанні отриманого рівняння.В дисертації проведено теоретичне дослідження динамічних властивостей когерентних міжфазних границь при структурних перетвореннях мартенситного типу в рамках нерівноважної континуальної термодинаміки і встановлено наступне: 1. Еволюція гетерофазної системи при структурних перетвореннях мартенситного типу адекватно описується рівняннями руху міжфазних границь, отриманими в рамках нерівноважної термодинаміки пружного суцільного середовища, при цьому враховуються дисипативні процеси як усередині фаз, так і на поверхні їх розділу. Рух когерентної міжфазної границі в процесі мартенситного перетворення супроводжується збудженням у кристалі пружного і теплового полів, взаємодія яких з границею, що їх породила, відбувається таким чином, що остання зазнає динамічного гальмування. Сила гальмування визначається параметрами мартенситного перетворення, пружними та тепловими характеристиками середовища і залежить від швидкості руху міжфазної границі та її орієнтації відносно інваріантної площини перетворення.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертації проведено теоретичне дослідження динамічних властивостей когерентних міжфазних границь при структурних перетвореннях мартенситного типу в рамках нерівноважної континуальної термодинаміки і встановлено наступне: 1. Еволюція гетерофазної системи при структурних перетвореннях мартенситного типу адекватно описується рівняннями руху міжфазних границь, отриманими в рамках нерівноважної термодинаміки пружного суцільного середовища, при цьому враховуються дисипативні процеси як усередині фаз, так і на поверхні їх розділу.

2. Рух когерентної міжфазної границі в процесі мартенситного перетворення супроводжується збудженням у кристалі пружного і теплового полів, взаємодія яких з границею, що їх породила, відбувається таким чином, що остання зазнає динамічного гальмування. Сила гальмування визначається параметрами мартенситного перетворення, пружними та тепловими характеристиками середовища і залежить від швидкості руху міжфазної границі та її орієнтації відносно інваріантної площини перетворення.

3. Гармонійні коливання згину когерентної міжфазної границі підкоряються лінеаризованому рівнянню руху, яке містить пружний і тепловий внески в її динамічну сприйнятливість. Залежно від співвідношення фазової швидкості хвилі зміщення міжфазної границі та швидкостей поширення звукових хвиль в середовищі рівняння описує динамічну жорсткість або хвильове гальмування границі.

4. Рівняння малих коливань міжфазної границі представлено у вигляді інтегрального рівняння типу згортки в просторі узагальнених функцій. В результаті його чисельного розвязання одержано амплітудно-частотні характеристики модельної скінченної границі, які виявляють виражений основний максимум.

5. Дисипативні властивості міжфазної границі, закріпленої у випадковим чином розташованих точках, можуть бути приблизно визначені за допомогою модифікації динамічної сприйнятливості вільної границі функцією поверхневої густини центрів пінінга та їх ефективного радіусу.

6. Виділення або поглинання тепла при русі міжфазних границь у провідних матеріалах приводить до термоелектричного розділення зарядів у довкіллі границі та появи різниці потенціалів, залежної від температурного поля.

7. Застосування двовимірного перетворення Фурє для аналізу оптичних зображень дає можливість визначати характерні масштаби гетерофазних структур. Наявність інтервалів масштабної інваріантності на залежності спектру потужності від хвильового вектора підтверджує риси самоподібності в розташуванні кристалів при деяких мартенситних перетвореннях. Обчислено відповідні фрактальні розмірності.

1. Falk F., Seibel R. Domain walls and transverse shock waves in shape-memory alloys // Int. J. Eng. Sci. - 1987. - V. 25, № 7. - P. 785-796.

2. Косилов А.Т., Перевозников А.М., Рощупкин А.М. Динамическая теория когерентных межфазных границ в кристаллах // Поверхность. - 1983. - № 10. - С. 36-45.

3. Косилов А.Т., Перевозников А.М., Рощупкин А.М. Динамика дислокаций и когерентных межфазных границ в кристаллах. - Воронеж: ВПИ, 1984. - 93 с.

4. Косевич А.М., Нацик В.Д. Торможение дислокации в среде, обладающей дисперсией упругих модулей // ФТТ. - 1966. - Т. 8, № 4. - С. 1250-1259.

5. Нечаев В.Н., Рощупкин А.М. О новом типе упругих волн в кристалле с двойниковой границей // ФТТ. - 1989. - Т. 31, № 8. - С. 77-82.

6. Нечаев В.Н., Рощупкин А.М. Об изгибных колебаниях межфазных границ в кристаллах // ФТТ. - 1991. - Т. 33, № 3. - С. 719-724.

7. Maki T., Tsuzaki K. Transformation behavior of е-martensite in Fe-Mn-Si shape memory alloys // Proc. Int. Conf. ICOMAT-92 (20-24 July, 1992, Monterey, USA). - P. 1151-1162.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пасько А.Ю., Коваль Ю.Н. Динамика межфазных границ при мартенситных превращениях // Металлофизика. - 1989. - Т. 11, № 3. - С. 38-45.

2. Пасько А.Ю., Коваль Ю.Н. Релаксационное торможение когерентных межфазных границ // Физ. тверд. тела. - 1989. - Т. 31, № 12. - С. 22-27.

3. Пасько А.Ю., Коваль Ю.Н. Влияние дефектов на диссипативные явления при колебаниях межфазных границ // Доклады I Всесоюзной школы-семинара “Структурная и химическая микронеоднородность в материалах” (16-19 октября 1990 г., Киев). - К.: ИПМ АН УССР, 1991. - С. 25-31.

4. Пасько А.Ю., Коваль Ю.Н. Динамические свойства межфазных границ мартенситного типа // Доклады Всесоюзной конференции по мартенситным превращениям в твердом теле “Мартенсит-91” (7-11 октября 1991 г., Косов). - К.: ИМФ АН Украины, 1992. - С. 34-37.

5. Pasko A.Yu., Koval Yu.N. Continuum approach to the martensitic interphase boundaries dynamics // Abstracts of the International Seminar “Mechanisms and Mechanics of Solid-Solid Phase Transformations” MECAMAT-95 (16-19 May 1995, La Bresse, France). - Poster 3.

6. Пасько А.Ю., Коваль Ю.Н. Термодинамическое описание когерентных межфазных границ при мартенситных превращениях // Тезисы докладов III Черкасского семинара стран содружества “Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений в сплавах” (19-24 июня 1995 г., Сокирне). - C. 127.

7. Pasko A.Yu., Likhachev A.A., Koval Yu.N., Kolomytsev V.I. 2D Fourier analysis and its application to study of scaling properties and fractal dimensions of е-martensite distribution in г-matrix of Fe-Mn-Si alloy // J. de Physique IV. - 1997. - V. 7, Coll. 5. - P. 435-440.

8. Koval Yu.N., Pasko A.Yu. Electric fields associated with moving phase boundaries during martensitic transformation // Mater. Sci. Eng. A. - 1999. - V. 273-275. - P. 296-299.

9. Likhachev A.A., Pons J., Cesari E., Pasko A.Yu., Kolomytsev V.I. Observation and analysis of scaling behavior in surface martensite-austenite relief during the reverse martensitic transformation in Cu-Al-Ni single crystal by using 2D Fourier processing method // Scripta Mater. - 2000. - V. 43, № 8. - P. 765-769.