Физика металлов и металловедение

ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМОВ УГЛЕРОДА НА РАЗЛИЧНЫХ РАССТОЯНИЯХ В ОЦК- И ОЦТ-РЕШЕТКАХ ФЕРРИТА И МАРТЕНСИТА

РИДНЫЙ Я.М., МИРЗОЕВ А.А., СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., МИРЗАЕВ Д.А.

В программном пакете WIEN2k проведено первопринципное моделирование параметров решетки и локальных искажений структуры, вызванных внедрением атомов углерода в системе железо-углерод. Для расчетов использован полнопотенциальный метод линейных присоединенных плоских волн LAPW, с учетом обобщенного градиентного приближения PBE-GGA, в суперячейке из 54 атомов железа с периодическими граничными условиями. Рассчитанная энергия растворения углерода в кубическом ОЦК-железе составила 0.85 эВ, тетрагональном 0.79 эВ. Вычислены энергии взаимодействия между атомами углерода в ферромагнитном ОЦТ-железе. Получено, что учет тетрагонального искажения существенно изменяет энергию взаимодействия между атомами углерода по сравнению со случаем ОЦК-железа. Наибольшая степень тетрагональности решетки железа и одновременно наиболее сильное притяжение наблюдается для атомов углерода, находящихся в октаэдрических порах одного типа. Если атомы углерода попадают в октапоры разного типа, то тетрагональное искажение решетки оказывается слабым. Полученные результаты прекрасно согласуются с гипотезой Зинера-Хачатуряна и экспериментальными данными Курдюмова.

ОСОБЕННОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ БЕСКАРБИДНОГО БЕЙНИТА В ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРГАНЕЦ-КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ

ТЕРЕЩЕНКО Н.А., ЯКОВЛЕВА И.Л., МИРЗАЕВ Д.А., БУЛДАШЕВ И.В.

Методами дилатометрии и рентгеноструктурного анализа исследовано изменение стабильности переохлажденного аустенита высокоуглеродистой марганец-кремнистой стали относительно распада по промежуточной ступени в процессе изотермической выдержки и мартенситного γ→α-превращения при последующем охлаждении. Изучена кинетика низкотемпературного бейнитного превращения. Выявлена тетрагональность кристаллической решетки бейнитной α-фазы, обусловленная сверхравновесным содержанием углерода.

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЛИТОГО ГАФНИЯ

ХЛЕБНИКОВА Ю.В., РОДИОНОВ Д.П., АКШЕНЦЕВ Ю.Н., ЕГОРОВА Л.Ю., СУАРИДЗЕ Т.Р.

Методами металлографии, EBSD-анализа и электронной микроскопии изучена структура выращенного методом «плавающей зоны» кристалла гафния, претерпевшего в процессе охлаждения β→α (ОЦК→ГПУ)-полиморфное превращение. Показано, что структура α-фазы литого гафния состоит из рейкообразных кристаллов, сгруппированных в пакеты. Зерна α-фазы содержат, как правило, несколько пакетов различной ориентации из 12 возможных в соответствии с ориентационными соотношениями Бюргерса. Границы зерен α-фазы и границы пакетов существенно различаются. Зерна имеют ровные границы, в то время как для пакетов характерны извилистые границы. Раз- ориентировка между отдельными рейками в пакете менее 1°. В структуре гафния обнаружены протяженные двойники с плоскостью двойникования {102}a. Наличие двойников в кристалле гафния обусловлено влиянием суммарных внутренних напряжений, вызванных температурным градиентом при выращивании монокристаллов цилиндрической формы методом зонной плавки и β→α-фазовым превращением. Разрушение кристалла гафния при комнатной температуре происходит по базисной плоскости (0001). Характерный излом хрупко-вязкий с преобладанием хрупкой составляющей.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ЖЕЛЕЗА НА СВОЙСТВА CU-AL-NI-СПЛАВОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

АКСУ ДЖАНБАЙ ДЖ., УНЛУ Н., ОЗКУЛЬ И., ПОЛАТ Т., СЕКЕРДЖИ М., АЛДАС К.

Поликристаллические Cu-Al-Ni-Fe-сплавы различного химического состава с эффектом памяти формы были выплавлены в электродуговой печи в атмосфере аргона. Для анализа свойств использовали гомогенизированные и состаренные образцы. Температуры обратимых мартенситных превращений Аs, Аf, Ms, Аmax, а также величины энтальпии ∆Н, были измерены на установке дифференциально-сканирующей калориметрии. Анализ фазовых превращений производили в температурном интервале 20-850 °C методами дифференциально-термического анализа. Для аттестации кристаллической структуры был проведен рентгеноструктурный анализ. Его результаты были подкреплены изображениями микроструктуры, отснятыми в процессе металлографических исследований.

СПИНОВЫЕ КЛАПАНЫ С УПРАВЛЯЕМЫМ СМЕЩЕНИЕМ НИЗКОПОЛЕВОЙ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СЕНСОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ИХ ОСНОВЕ

ЧЕРНЫШОВА Т.А., МИЛЯЕВ М.А., НАУМОВА Л.И., МАКСИМОВА И.К., ПАВЛОВА А.Ю., ПАТРАКОВ Е.И., БАННИКОВА Н.С., ПРОГЛЯДО В.В., УСТИНОВ В.В.

Методом магнетронного напыления синтезированы металлические многослойные наноструктуры типа “спиновый клапан”, содержащие в составе свободного слоя обменно-связанную структуру ферромагнетик/Ru/ферромагнетик. Для микрообъектов (меандров), изготовленных из спиновых клапанов CoFe/Cu/CoFe/Ru/CoFe/FeMn/Ta с различными толщинами слоев рутения и меди, проведено исследование зависимости магниторезистивной чувствительности и сдвига низкополевой петли гис- терезиса от ширины полос меандра. Получены сенсорные элементы с высокой магниторезистивной чувствительностью.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ТИТАНА НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФИЗИРУЮЩЕГОСЯ СПЛАВА CU50ZR50

БЫКОВ В.А., ЯГОДИН Д.А., КУЛИКОВА Т.В., ЭСТЕМИРОВА С.Х., ШУНЯЕВ К.Ю.

Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, лазерной вспышки и дилатометрии исследованы теплофизические свойства закаленных сплавов Cu50Zr50-xTix (x = 0, 2, 4, 6, 8) от комнатной температуры до 1100 К. По результатам измерений теплоемкости, температуропроводности и плотнос- ти рассчитан коэффициент теплопроводности. Определены температуры стабильности мартенситной фазы CuZr, эвтектоидного распада и образования фазы CuZr в сплавах Cu50Zr50-xTix при нагреве в зависимости от содержания титана. Обнаружено, что температуропроводность и теплопроводность исследуемых сплавов имеют низкие значения, нехарактерные для металлических систем. С увеличением содержания титана значения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности меняются слабо. Показано, что низкие значения теплофизических характеристик соответствуют лучшей способности к аморфизации и могут являться одним из критериев стеклования в сплавах на основе Cu-Zr.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ НА РАЗМЕР АУСТЕНИТНОГО ЗЕРНА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С КАРБОНИТРИДНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ

ГОРБАЧЕВ И.И., ПАСЫНКОВ А.Ю., ПОПОВ В.В.

Предложена модель для описания эволюции размера зерна аустенита низколегированных сталей при деформации в температурном диапазоне стабильного аустенита. В модели описывается как изменение дислокационной плотности при деформации с учетом релаксационных процессов, так и процессы выделения и эволюции карбонитридных фаз, вызванные деформацией. Также учитывается влияние ансамбля карбонитридных выделений на кинетику роста зерна. На основе модели создана программа, с помощью которой выполнены расчеты для низколегированной стали с ниобием, для различных температур и скоростей деформации и исходного размера зерна. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФУЛЛЕРЕНА C20 В МОДЕЛИ ХАББАРДА

СИЛАНТЬЕВ А.В.

В рамках модели Хаббарда в приближении среднего поля получены в аналитическом виде антикоммутаторные функции Грина и энергетические спектры фуллерена С20 с группами симметрии Ih, D5d, и D3d. Используя методы теории групп, проведена классификация энергетических состояний, а также определены разрешенные переходы в энергетических спектрах фуллерена С20.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЬНО КОРРЕЛИРОВАННОГО ДВУХДЫРОЧНОГО СОСТОЯНИЯ МЕДИ В РЕЗОНАНСНЫХ ФОТОЭМИССИОННЫХ СПЕКТРАХ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАИКИ

КУЗНЕЦОВА Т.В., ГРЕБЕННИКОВ В.И., ЯКУШЕВ М.В.

Экспериментально изучены процессы прямого и двухступенчатого рождения фотоэлектронов, учас- тие внутренних состояний в спектрах электронов из валентных полос при резонансной фотоэмиссии в халькогенидах меди Cu(In, Ga)Se2. При пороговом возбуждении Cu-2p-уровня получены двухдырочные конечные состояния в фотоэмиссии. Сильное взаимодействие дырок приводит к мультиплетному расщеплению этих состояний, найдена величина энергии хаббардовского отталкивания дырок на атоме меди 7 эВ.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ СХЛОПЫВАНИИ МАССИВНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ МЕДИ

ЗЕЛЬДОВИЧ В.И., ФРОЛОВА Н.Ю., ХЕЙФЕЦ А.Э., ДОЛГИХ С.М., ГААН К.В., ШОРОХОВ Е.В.

Медная цилиндрическая оболочка с внутренним диаметром 118 мм и толщиной стенки 5.9 мм была подвергнута действию взрыва цилиндрического заряда взрывчатого вещества, окружающего ее. В результате высокоскоростной деформации, вызванной взрывом, был получен цилиндр диаметром 57-58 мм. Металлографическое исследование структуры цилиндра показало, что схлопывание оболочки произошло под действием осесимметричной радиальной деформации, которая осуществлялась как двойникованием, так и скольжением. Было установлено, что, наряду с радиальной, имеет место осевая деформация. В поперечном сечении микроструктура состояла из трех зон. Снаружи сформировалась широкая кольцевая зона деформации, ближе к центру - кольцевая зона рекристаллизации и в центре - круглая область с дендритной структурой. Наличие дендритов свидетельствовало о том, что на границе этой области температура достигала температуры плавления меди. Был выполнен расчет изменения температуры вдоль радиуса цилиндра.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ (МАРТЕНСИТНЫХ) ПРЕВРАЩЕНИЯХ

БАИМОВА Ю.А., ДМИТРИЕВ С.В., КУРАНОВА Н.Н., МУЛЮКОВ Р.Р., ПУШИН А.В., ПУШИН В.Г.

Обсуждается применение метода молекулярной динамики, основанного на использовании парных межатомных потенциалов, для исследования различных деформационных процессов, протекающих при структурных и фазовых (мартенситных) превращениях в металлических моно- и поликристаллах. Показано, что метод молекулярной динамики в двумерной модели позволяет на качественном уровне анализировать процессы зернограничного проскальзывания и другие механизмы пластической деформации в поликристаллах, а также является эффективным инструментом для описания бездиффузионных мартенситных превращений в металлических материалах. В качестве примера представлено использование метода для моделирования зернограничного проскальзывания в поликристалле с неравновесными границами зерен и на атомарном уровне продемонстрированы механизмы преодоления стопора в виде выступающего участка зерна. На примере сплавов никелида титана и марганца продемонстрировано применение метода для описания динамики и морфологии термоупругого мартенситного превращения.

РОСТ ВАКАНСИОННЫХ ПОР НА НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО РАСПУХАНИЯ

ПОРТНЫХ И.А., КОЗЛОВ А.В.

Приведены результаты описания распухания в начале его нестационарной стадии, полученные с использованием модели миграции точечных дефектов. Для оболочек из стали ЭК-164 рассчитана скорость роста диаметра пор при различных температурах облучения в реакторе БН-600. Показано, что в широком диапазоне температур эта скорость не зависит от диаметра пор. С использованием полученных результатов выполнен анализ характеристик пористости, формирующейся в стали при облучении. Проведено сопоставление с экспериментальными данными, полученными на оболочках твэлов после эксплуатации в реакторе БН-600.

СТРУКТУРА И ТЕРМОУПРУГИЕ МАРТЕНСИТНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВАХ NI-TI-ZR С ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ЭФФЕКТАМИ ПАМЯТИ ФОРМЫ

КУРАНОВА Н.Н., ПУШИН А.В., ПУШИН В.Г., КОУРОВ Н.И.

Влияние легирования цирконием в количестве от 0 до 20 ат.% на фазовый состав и структурно-морфологические особенности термоупругих мартенситных превращений в тройных квазибинарных сплавах NiTi-NiZr исследовано методами дифракции рентгеновских лучей и электронов, трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии. В широкой области температур измерено электрическое сопротивление сплавов, определены критические температуры, и с учетом данных рентгенофазового анализа построена полная диаграмма высокотемпературных термоупругих прямых и обратных мартенситных превращений B2↔B19′, происходящих с гистерезисом от 32 до 50 К. Межкритический диапазон температур превращений возрастает по мере увеличения количества циркония в указанных пределах. Измерены параметры моноклинной кристаллической решетки B19′-мартенсита при комнатной температуре. Установлены наиболее часто встречающиеся в B19′-мартенсите типы двойникования: I-(011), (11) и (001), II-(011).