Моделирование кинетики режимов фрагментации материалов при интенсивной пластической деформации

Abstract

В рамках неравновесной эволюционной термодинамики исследуется процесс фрагментации металлов, подвергнутых обработке методами интенсивной пластической деформации. Рассматриваемый подход позволяет выделить основные каналы диссипации энергии системы. В приближении двухдефектной модели с учётом дислокаций и границ зёрен построена фазовая диаграмма, устанавливающая условия формирования предельных (стационарных) структур различных типов. Исследована кинетика эволюции плотностей каждого типа дефектов. Показано, каким образом, в зависимости от их начальных значений и значений управляющих параметров, — упругих сдвиговых и сжимающих деформаций, — формируются эти структуры. Установлено влияние на кинетику процесса степени взаимодействия двух дефектных подсистем. Выявлено, что изменение состояний системы имеет характер структурно-фазового перехода. Из способов описания следует, что предельная (стационарная) структура не является неизменной, а представляет собой динамическое равновесие процессов генерации и аннигиляции структурных дефектов.

У рамках нерівноважної еволюційної термодинаміки досліджується процес фраґментації металів, підданих обробленню методами інтенсивної пластичної деформації. Розглянутий підхід уможливлює виділити основні канали дисипації енергії системи. У наближенні дводефектного моделю з урахуванням дислокацій і меж зерен побудовано фазову діяграму, що встановлює умови формування граничних (стаціонарних) структур різних типів. Досліджено кінетику еволюції густин кожного типу дефектів. Показано, яким чином, залежно від їхніх початкових значень і значень керувальних параметрів, — пружніх зсувних і стискальних деформацій, — формуються ці структури. Встановлено вплив на кінетику процесу ступеня взаємодії двох дефектних підсистем. Виявлено, що зміна станів системи має характер структурно-фазового переходу. Зі способів опису випливає, що гранична (стаціонарна) структура не є незмінною, а являє собою динамічну рівновагу процесів ґенерації й анігіляції структурних дефектів.

The process of metals’ fragmentation due to treatment by methods of a severe plastic deformation is investigated within the scope of nonequilibrium evolutional thermodynamics. Reviewing approach allows identifying the main channels of energy dissipation in system. The phase diagram is obtained within the approximation of a two-defect model taking into account both dislocations and grain boundaries. It sets the conditions of formation of various types of limiting (stationary) structures. The kinetics of the evolution of density of each defects’ type is investigated. As shown, the stationary structures are formed depending on the initial values of defects’ density and the values of control parameters, which are elastic shear and compressive strains. The influence of the degree of interaction of two defect subsystems on kinetics process is established. As found, the change of system states has the nature of structural-phase transition. As it follows from description ways, the limiting (stationary) structure is not invariable. It is represented as dynamic equilibrium between the processes of generation and annihilation of structural defects.