Ирина Васильевна Зоря, д.ф.-м.н., доцент, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения, водоотведения и вентиляции
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Irina V. Zorya, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Head of the Chair of Heat-Gas-Water Supply, Water Disposal and Ventilation
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Геннадий Михайлович Полетаев, д.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник
Россия, 656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 46
Gennadii M. Poletaev, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Leading Researcher
46 Lenina Ave., Barnaul, Altai Territory 656038, Russian Federation
Юрий Владимирович Бебихов, д.ф.-м.н., доцент
Россия, 678170, Республика Саха (Якутия), Мирный, ул. Тихонова, 5
Yurii V. Bebikhov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Assist. Prof.
5 Tikhonova Str., Mirnyi, Republic of Sakha (Yakutia) 678170, Russian Federation
Александр Сергеевич Семенов, д.ф.-м.н., директор института
Россия, 678170, Республика Саха (Якутия), Мирный, ул. Тихонова, 5
Aleksandr S. Semenov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Director of the Institute
5 Tikhonova Str., Mirnyi, Republic of Sakha (Yakutia) 678170, Russian Federation
С помощью молекулярно-динамического моделирования проведено исследование влияния угла разориентации и энергии границ зерен наклона с осями разориентации \(\left\langle {100} \right\rangle\), \(\left\langle {110} \right\rangle\) и \(\left\langle {111} \right\rangle\) на температуру плавления и характер начальной инициации плавления на границе зерен в аустените. Показано, что при постепенном нагревании плавление начинается от границ зерен, там, где имеются нарушения кристаллической структуры и, соответственно, атомы находятся в менее глубоких потенциальных ямах. В случае большеугловых границ плавление начинается одновременно вдоль всей границы, в случае малоугловых ‒ в ядрах зернограничных дислокаций. Получены зависимости температуры плавления моделируемых расчетных ячеек от угла разориентации зерен и избыточной энергии. Для осей разориентации \(\left\langle {100} \right\rangle\), \(\left\langle {110} \right\rangle\) и \(\left\langle {111} \right\rangle\) результаты оказались аналогичными. В области малых углов разориентации (менее 15°) температура плавления с ростом угла падает почти линейно, затем, для большеугловых границ, снижение становится менее интенсивным. Эти зависимости коррелируют c энергией образования границ зерен или со связанной с ней величиной избыточной энергии расчетной ячейки. Главным количественным критерием, определяющим влияние дефектов на снижение температуры плавления, является избыточная энергия, то есть разность энергий рассматриваемой структуры и идеального кристалла, которую еще можно интерпретировать как энергию образования рассматриваемой структуры. Температура плавления линейно уменьшается с ростом избыточной энергии. Очевидно, что данный эффект, то есть влияние границ зерен на температуру плавления, становится существенным только для материалов с очень высоким содержанием границ зерен, например, для материалов с нанокристаллической структурой.
Using molecular dynamics simulation, the authors studied the influence of misorientation angle and energy of tilt grain boundaries with the misorientation axes \(\left\langle {100} \right\rangle\), \(\left\langle {110} \right\rangle\) and \(\left\langle {111} \right\rangle\) on the melting temperature and nature of early initiation of melting at grain boundaries in austenite. It is shown that with gradual heating, melting begins from the grain boundaries, where there is a violation of the crystal structure and, accordingly, the atoms are located in less deep potential wells. In the case of large‒angle boundaries, melting begins simultaneously along the entire boundary, in the case of small-angle boundaries – in the cores of grain-boundary dislocations. Dependences of the melting temperature of the simulated calculation cells on the angle of grain misorientation and excess energy were obtained. For the misorientation axes \(\left\langle {100} \right\rangle\), \(\left\langle {110} \right\rangle\) and \(\left\langle {111} \right\rangle\), the results were similar. In the region of small misorientation angles (less than 15°), the melting point decreases almost linearly with increasing angle, then, for large-angle boundaries, the decrease becomes less intense. These dependences correlate with the energy of grain boundary formation or with the associated excess energy of the calculation cell. The main quantitative criterion determining the effect of defects on a decrease in melting temperature is excess energy, that is, the energy difference between the considered structure and the ideal crystal, which can also be interpreted as the energy of the considered structure formation. The melting point decreases linearly with increasing excess energy. Obviously, the effect of grain boundaries on the melting point becomes significant only for materials with a very high content of grain boundaries, for example, for materials with a nanocrystalline structure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.