ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА СКОРОСТЬ МИГРАЦИИ ГРАНИЦ НАКЛОНА В НИКЕЛЕ

Методами  молекулярной  динамики  проведено  исследование  влияния  деформации  вдоль  различных  направлений  относительно  мигрирующей границы на скорость миграции границ наклона с осями разориентации <100> и <111> в никеле. Границы зерен создавали  в модели U-образной формы. Сила поверхностного натяжения границы, возникающая вследствие стремления границы минимизировать  свою энергию, являлась причиной направленного перемещения границы в сторону уменьшения ее площади. Сила, провоцирующая миграцию,  и  скорость  миграции  границы  оставались  в  модели  постоянными  в  течение  почти  всего  движения  границы,  плавно  уменьшаясь  к концу компьютерного эксперимента, что позволяло достаточно просто проводить измерение скорости миграции. В работе рассматривали  влияние  одноосной  деформации  вдоль  осей  X,  Y,  Z  на  скорость  миграции  границ.  Одноосную  деформацию  в  модели  задавали  в  начале  компьютерного эксперимента путем изменения соответствующих межатомных расстояний вдоль одной из осей. Взаимодействия атомов  никеля  друг  с  другом  описывали  с  помощью  многочастичного  потенциала  Клери-Розато,  построенного  в  рамках  модели  сильной  связи.  Для  рассматриваемых  границ  получены  зависимости  скорости  миграции  при  температуре  1700  К  от  угла  разориентации.  Показано,  что  большеугловые  границы  наклона  <111>  и  <100>  мигрируют  приблизительно  с  одной  и  той  же  скоростью,  тогда  как  подвижность  малоугловых границ значительно отличается: малоугловые границы <111> мигрируют примерно в два раза быстрее границ <100>. Получены  данные,  что  почти  во  всех  случаях  (как  при  упругой  деформации  сжатия,  так  и  при  растяжении)  скорость  миграции  рассматриваемых  границ замедлялась. Исключением являлся случай деформации вдоль оси наклона границы <111>. При сжатии вдоль оси наклона граница  <111> мигрировала быстрее, при растяжении, наоборот, медленнее. Полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что миграция  границ наклона осуществляется не за счет диффузионных процессов (например, переползания дислокаций, одиночных миграций атомов),  а, по всей видимости, путем коллективных атомных перестановок: сдвигов, скольжений и расщеплений зернограничных дислокаций.

молекулярная динамика, граница зерен, миграция границы, деформация, граница наклона

1. Кайбышев О.А., Валиев Р.З. Границы зерен и свойства металлов. – М: Металлургия, 1987. – 216 с.

2. Gottstein G., Shvindlerman L.S. Grain Boundary Migration in Metals: Thermodynamics, Kinetics, Applications. Second Edition. – Boca Raton: CRC Press, 2009. – 711 p.

3. Хесснер Ф., Хофман С. Границы зерен рекристаллизационного происхождения. – В кн.: Рекристаллизация металлических материалов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1982. С. 71 – 102.

4. Huang Y., Humphreys F.J. Measurements of grain boundary mobility during recrystallization of a single-phase aluminium alloy // Acta Materialia. 1999. Vol. 47. P. 2259 – 2268.

5. Huang Y., Humphreys F.J. The effect of solutes on grain boundary mobility during recrystallization and grain growth in some singlephase aluminium alloys // Materials Chemistry and Physics. 2012. Vol. 132. P. 166 – 174.

6. Gottstein G., Molodov D.A., Shvindlerman L.S. Grain boundary migration in metals: recent developments // Interface Science. 1998. Vol. 6. No. 1-2. P. 7 – 22.

7. Winning M., Rollett A.D., Gottstein G., Srolovitz D.J., Lim A., Shvindlerman L.S. Mobility of low-angle grain boundaries in pure metals // Philosophical Magazine. 2010. Vol. 90. No. 22. P. 3107 – 3128.

8. Molodov D.A., Ivanov V.A., Gottstein G. Low angle tilt boundary migration coupled to shear deformation // Acta Materialia. 2007. Vol. 55. P. 1843 – 1848.

9. Molodov D.A., Straumal B.B., Shvindlerman L.S. Influence of pressure on the migration of LT an BR 001 RT an BR tilt boundaries in tin bicrystals. Soviet Physics, Solid State (English translation of Fizika Tverdogo Tela). 1984, vol. 26, no. 4, pp. 629–633.

10. Molodov D.A., Straumal B.B., Shvindlerman L.S. The effect of pressure on migration of <001> tilt grain boundaries in tin bicrystals // Scripta Materialia. 1984. Vol. 18. No. 3. P. 207 – 211.

11. Yang C.C., Rollett A.D., Mullins W.W. Measuring relative grain boundary energies and mobilities in an aluminum foil from triple junction geometry // Scripta Materialia. 2001. Vol. 44. No. 12. P. 2735 – 2740.

12. Rollett A.D., Yang C.C., Mullins W.W., Adams B.L., Wu C.T., Kinderlehrer D., Ta’asan S., Manolache F., Liu C., Livshits I., Mason D., Talukder A., Ozdemir S., Casasent D., Morawiec A., Saylor D., Rohrer G.S., Demirel M., El-Dasher B., Yang W. Grain boundary property determination through measurement of triple junction geometry and crystallography. – In Int. Conf. on Grain Growth and Recrystallization, Aachen, Germany, 2001. P. 165 – 176.

13. Штремель М.А. Прочность сплавов. Ч. 1. Дефекты решетки. – М.: Металлургия, 1982. – 280 с.

14. Gottstein G., Sursaeva V., Shvindlerman L. The effect of triple junctions on grain boundary motion and grain microstructure evolution // Interface Science. 1999. Vol. 7. P. 273 – 283.

15. Upmanyu M., Srolovitz D.J., Shvindlerman L.S., Gottstein G. Triple junction mobility: a molecular dynamics study // Interface Science. 1999. Vol. 7. P. 307 – 319.

16. Upmanyu M., Srolovitz D.J., Shvindlerman L.S., Gottstein G. Molecular dynamics simulation of triple junction migration // Acta Materialia. 2002. Vol. 50. P. 1405 – 1420.

17. Starostenkov M.D., Sinyaev D.V., Rakitin R.Yu., Poletaev G.M. Diffusion mechanisms near tilt grain boundaries in Ni3Al intermetallide // Solid State Phenomena. 2008. Vol. 139. P. 89 – 94.

18. Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys // Physical Review B. 1993. Vol. 48. P. 22 – 33.

19. Poletaev G.M., Novoselova D.V., Kaygorodova V.M. The causes of formation of the triple junctions of grain boundaries containing excess free volume in fcc metals at crystallization // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 249. P. 3 – 8.

20. Starostenkov M., Poletaev G., Rakitin R., Sinyaev D. Interdiffusion and order fracture over grain boundaries in the deformed Ni3Al intermetallide // Materials Science Forum. 2008. Vol. 567-568. P. 161 – 164.

21. Poletaev G.M., Starostenkov M.D. Mutual diffusion at the interface in a two-dimensional Ni-Al system // Technical Physics Letters. 2003. Vol. 29. No. 6. P. 454 – 455.

22. Kulabukhova N.A., Poletaev G.M., Starostenkov M.D., Kulagina V.V., Potekaev A.I. A molecular dynamics study of hydrogen-atom diffusion in fcc-metals // Russian Physics Journal. 2012. Vol. 54. P. 1394 – 1399.

23. Fortes M.A., Deus A.M. Effects of triple grain junctions on equilibrium boundary angles and grain growth kinetics // Materials Science Forum. 2004. Vol. 455–456. P. 648 – 652.

24. Perevalova O.B., Konovalova E.V., Koneva N.A., Kozlov E.V. Energy of grain boundaries of different types in fcc solid solutions, ordered alloys and intermetallics with L12 superstructure // Journal of Materials Science and Technology. 2003. Vol. 19. P. 593 – 596.

25. Tucker G.J., Tschopp M.A., McDowell D.L. Evolution of structure and free volume in symmetric tilt grain boundaries during dislocation nucleation // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. P. 6464 – 6473.