Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Складн системи процеси № 1, 2002 МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВЗАкМОДп ДОМШОК НА РЕЛАКСАЦЙН СПЕКТРИ ВНУТРШНЬОГО ТЕРТЯ ПОДВЙНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНВ ПРОНИКНЕННЯ НА ОСНОВ НОБЮ Бахрушин В.к.1, Чирков О.Ю.2 (1Гумантарний унверситет "ЗДМУ", 2Бердянський нститут пдпримництва) На приклад системи нобй - кисень розглянуто питання про характер впливу формування комплексв домшкових атомв проникнення на релаксацйний спектр внутршнього тертя подвйних твердих розчинв. Показано, що особливост температурно залежност похдно внутршнього тертя можуть використовуватись для визначення механзму розширення релаксацйного пку.

На примере системы ниобий кислород рассмотрен вопрос о характере влияния образования комплексов внедренных атомов на релаксационный спектр внутреннего трения двойных твердых растворов. Показано, что особенности температурной зависимости производной внутреннего трения можно использовать для определения механизма уширения релаксационного пика.

On an example of Niobium-Oxygen system the problem of interstitial atom complexes effect on internal friction relaxation spectra of binary solid solutions was studied. It was shown that peculiarities of internal friction derivative temperature dependence might be used for determination of relaxation pick widening mechanism.

Питання про характер взамод домш- результати щодо впливу взамод домшкових атомв у твердих розчинах хнй кових атомв на температурн залежност розподл по позицях рзного типу викли- внутршнього тертя подвйних твердих розка нтерес з точки зору дослдження фзи- чинв Nb(Ta) - O(N) суперечлив. Це пов'ячних властивостей та процесв розпаду пе- зано з тим, що така взамодя вдносно ресичених розчинв. Тверд розчини кисню слабкою не призводить до появи додаткой азоту в ноб тантал зручними моде- вих релаксацйних пкв як, наприклад, взальними системами для вивчення впливу модя атом проникнення - атом замщення взамод домшок проникнення на хнй у сплавах Nb-Zr-N(O) [1], а лише спотворозподл по позицях рзного типу в ОЦК рю основний снуквський пк змщу йометалах. Це обумовлено вдносно високими го в область високих температур. Асиметрозчинностями кисню й азоту в ноб тан- ря пка, що спостергаться при цьому, не тал, а також вдсутнстю в цих металах виходить за меж похибки експерименту.

структурних перетворень. Водночас ц сисВ тепершнй час при аналз характеру теми мають також великий практичний впливу взамод атомв проникнення на хнтерес, тому що сплави проникнення на нй розподл по позицях рзного типу реоснов нобю танталу широко використо- лаксацйний спектр твердого розчину виковуються в машинобудуванн, електронц й ристовують дв стотно рзн модел. Вдпоелектротехнц. Внутршн тертя одним з вдно до одн з них [2-5], взамодя атомв найбльш чутливих до розподлу атомв проникнення призводить до формування проникнення фзичних властивостей ОЦК комплексв з двох, трьох чотирьох атомв.

металв. У тератур багато даних про При цьому, в залежност вд складу коммеханзми й закономрност релаксац кис- плексу, енергя атома проникнення, що ню та азоту в твердих розчинах на основ входить до його складу, знижуться на 0,нобю танталу. Проте, експериментальн - 0,30 еВ у порвнянн з енергю зольова Складн системи процеси № 1, ного атома в деально рештц. Кожному з нах ма мсце суперпозиця дискретного комплексв вдповдають своя енергя акти- безперервного розподлв для енергй атовац релаксац атомв проникнення сво мв проникнення.

положення максимуму внутршнього тертя Метою дано роботи був пошук критена його температурнй, або частотнй зале- рю, за яким можна було б розрзнити релажност. Проведене в [6] дослдження дифу- ксацйн спектри, що обумовлен клькома зйного розсювання нейтронв зразками н- релаксацйними процесами з близькими обю, що мстили 2,6 3,6 ат.% кисню бу- значеннями часу релаксац, та спектри, що ли загартован вд 1520 К, показало наяв- обумовлен наявнстю безперервного рознсть порядку в розташуванн O-O, O-O-O подлу часу релаксац. Для цього у робот O-O-O-O комплексв. Це узгоджуться з проведене моделювання впливу взамод результатами розрахункв розподлу дом- атомв кисню на характеристики релаксашок в рамках модел деформацйно вза- цйних спектрв внутршнього тертя твермод [7], що показують енергетичну вигд- дих розчинв нобй-кисень, для випадку, нсть впорядкування комплексв атомв коли сну клька типв комплексв атомв проникнення у площинах типу (110). кисню, енерг активац релаксац яких В той же час, на думку багатьох авторв, рзними. Методика моделювання релаксаперша модель не спроможна пояснити той цйного спектру запропонована у робот факт, що на температурних залежностях [12]. В робот [13] наведен результати мовнутршнього тертя твердих розчинв нема делювання релаксацйних спектрв твердих ан окремих максимумв, як б вдповдали розчинв нобй - кисень, та деяк попередн релаксац комплексв, ан помтно асимет- результати х аналзу. З цих результатв вир снуквського пику. Тому у роботах [8- плива, що уявлення про формування ста10] була запропонована нша модель, згдно бльних комплексв атомв проникнення дояко у подвйних твердих розчинах проник- зволя яксно врно описувати релаксацйн нення виникають хаотичн деформац ре- властивост твердих розчинв Nb-O. Зокрештки, як призводять до формування без- ма спостергаться яксна вдповднсть мж перервного спектру значень часу релаксац наявними експериментальними даними атомв проникнення. У рамках ц модел результатами розрахунку впливу концентвзамодя атомв проникнення один з од- рац кисню на форму пка, зсув його темним повинна призводити до симетричного ператури та розширення. У данй робот нарозширення снуквського релаксацйного веден результати подальшого аналзу цих пка його незначного зсуву в область ви- спектрв.

соких температур. При розрахунках враховували тльки Обидв модел задовльно описують ос- комплекси типу O-O не враховували можновн експериментальн дан щодо релакса- ливсть утворення бльш складних комплецйних, механчних дифузйних властиво- ксв. Це пов'язано з тим, що в тератур стей подвйних твердих розчинв. Це обу- вдсутн дан про величину форм-факторв мовлено, на нашу думку, малими змнами тензорв пружних диполв для комплексв, енергй активац релаксац для атомв що складаються з трьох бльшого числа проникнення, що входять до складу ком- атомв кисню. Як показали попередн розплексв, чи вдповдно малою величиною рахунки, вплив таких комплексв на релакхаотичних деформацй кристалчно решт- сацйний спектр несуттвим. Згдно [14], ки. Дослдження релаксацйних спектрв можна видлити чотири типи позицй, в внутршнього тертя сплавв нобй - кисень яких значення потенцйних енергй атомв показують [11], що в реальних розчинах з проникнення стотно розрзняються: 1) повисокою концентрацю домшки проник- зиц, що вдповдають зольованим атомам нення утворюються, ймоврно, клька типв кисню, для яких потенцйна енергя взята комплексв атомв проникнення, енерг нами як рвна нулю; 2) позиц, що розтазв'язку яких мають деякий розподл вднос- шован в третй координацйнй сфер атома но середнх значень. Таким чином, можна кисню, для яких, вдповдно до наявних припустити, що в реальних твердих розчи- експериментальних даних [4], енергя н Складн системи процеси № 1, шого атома кисню, що знаходиться в них, де Q-1, E та T0i - вдповдно висота, енер0i взята рвно - 0,07 еВ; ця величина близька гя активац температура i-го пка внуттакож до результатв розрахункв [14]; 3-4) ршнього тертя. Величини Ei T0i зв'язан позиц, розташован в 1 4' координацймж собою формулою Верта-Маркса [16] них сферах атома кисню (4' координацйна сфера утворена мжвузллями, вддаленими Ei = kT0i ln(kT0i / hf ), (4) вд атома кисню на вдстань рвну пероду рештки в напрямках [100], [100], [010], де h - стала Планка, f- частота коливань - зразка.

[010], [001] [001]); в цих позицях атом При розрахунках враховували релаксакисню за даними [14] ма велику позитивну цю одиночних атомв кисню в позицях потенцйну енергю, тому ймоврнсть зна- першого типу релаксацю атомв кисню, ходження атомв кисню в цих позицях ма- пов'язаних у пари. Форм-фактори тензорв ла навть при високих температурах).

пружних диполв, згдно [14, 17], були взят Клькост позицй кожного типу i бра- рвними вдповдно 0,5 0,95, а енерг активац цих релаксацйних процесв ли рвними таким величинам:

1,14 еВ 1,21 еВ [4, 13].

На рис.1 показана залежнсть спввдно1 = - 2 - 3 - 4;

шення напвширин високотемпературно та = 8n1 + n2;

2 низькотемпературно глок релаксацйного (1) пку вд концентрац кисню. З наведених 3 = 4n1 + n3;

даних виплива, що збльшення концентра4 = 6n1 + n ц кисню неоднозначно вплива на асиметрю пку. При малих концентрацях введенде ni - кльксть атомв домшки в позицях ня кисню веде до поширення високотемпеi-го типу, - загальна кльксть позицй для ратурно глки пка. Проте з подальшим атомв проникнення.

зростанням концентрац кисню пк ста Розподл атомв кисню по позицях рзбльш симетричним, а дал збльшення конного типу, згдно [15], визначали розв'язуцентрац кисню веде до розширення низьючи систему котемпературно глки пка порвняно з високотемпературною глкою. - результати n = i яксно вдповдають даним [8, 9] можуть i ui - бути пояснен наведеними у робот [13] ре1+ exp зультатами розрахунку зсуву релаксацйно (2) kT го максимуму. Згдно цим результатам з m збльшенням концентрац кисню основним n = ni максимумом ста пк, повТязаний з релак i=сацю пар кисень-кисень. При малому вмст кисню цей максимум виявляться як де ui - потенцйн енерг домшкових аторозширення основного пку, що зумовлемв в позицях i-го типу, - хмчний потений релаксацю зольованих атомв кисню.

нцал домшки, k - стала Больцмана, Т - тез збльшенням концентрац кисню висота мпература, m- число рзних типв позицй цього максимуму зроста високотемперадля атомв домшки.

турна глка сумарного пку розширються.

Для визначення сумарно величини внуПри рвних висотах пкв, що викликан ретршнього тертя використовували спввдлаксацю одиночних повТязаних у пари ношення [16] атомв кисню, сумарний пк симетрично розширеним зсунутим в область високих E 1 m -i температур, порвняно з деальним пком -, (3) Q-1 = Q0i sech Снука. При цьому напвширини його висоi=k T T0i котемпературно та низькотемпературно Складн системи процеси № 1, глок рвними. При подальшому зростанн При ще бльших концентрацях кисню концентрац кисню сумарний максимум сумарний максимум ма наближуватися до зсуваться до температури пка, деального максимуму, викликаного релакповТязаного з релаксацю пар атомв кис- сацю пар кисень-кисень. Проте це буде ню. При цьому розширення його низькоте- спостергатися при концентрацях, що не мпературно глки ста бльшим за розши- можуть бути реалзован в експеримент зарення високотемпературно глки. вдяки розпаду твердого розчину.

Отримана залежнсть спввдношення напвширин високотемпературно та низь/ + котемпературно глок релаксацйного пка, також як залежност зсуву температури 1,пка розширення пка вд концентрац домшки проникнення можуть бути викорис1,тан для аналзу механзму виникнення розширення пка. Але цей метод потребу акуратного вимрювання велико сер релаксацйних спектрв для рзних концент0,рацй домшки, що виклика серйозн експериментальн труднощ.

0,Нами було також виконано моделювання 0 1 2 3 [O], ат.% 4 температурно залежност похдно внутрРис. 1. Залежнсть спввдношення на- шнього тертя. Результати моделювання напвширин високотемпературно (+) та ни- веден на рис. 2.

зькотемпературно (-) глок релаксацйного пка вд концентрац кисню.

Nb - 0,1 ат.% O 103*dQ-1/dT, К-Nb - 1 ат.% O 0,Nb - 2 ат.% O Nb - 3 ат.% O Nb - 4 ат.% O Т, К -0, Рис. 2. Вплив концентрац кисню на температурну залежнсть похдно внутршнього тертя сплавв нобй-кисень.

Складн системи процеси № 1, Як видно з рис. 2, вид температурно за- металлов и металловедение, 1982.- Т. 53, N лежност похдно внутршнього тертя сут- 1.- С. 60-67.

тво змнються при виникненн додатково- 8. Accurate Determination of Activation го релаксацйного процесу, порвняно з Enthalpies Associated with Stress Induced температурною залежнстю похдно деа- Migration of Oxygen and Nitrogen in льного пка Снука. Тому побудова тако за- Tantalum and Niobium / Weller W., Li C.Y., лежност може використовуватися для ана- Zhang J.X. et al. // Acta Metallurgica, 1981.- зу механзму розширення релаксацйного V. 29, N 6.- P. 1047-1054.

пка. Аналз впливу наявност безперервно- 9. Internal Friction Study on the го розподлу часу релаксац на характерис- Existence of the Oxygen Pairs in Interstitial тики релаксацйних спектрв твердих роз- Solid Solutions of Tantalum with Oxygen / чинв проникнення буде наведений у на- Weller W., Li C.Y., Zhang J.X. et al. // Acta ступнй статт. Metallurgica, 1981.- V. 29, N 6.- P. 1055Висновки. Проведене моделювання те- 1064.

мпературних залежностей внутршнього 10. Примесный релаксационный спектр тертя твердих розчинв нобй - кисень св- внутреннего трения - сплавов титана / дчить про те, що дан про температурну за- Гриднев В.Н., Кушнарева Н.П., Печерский лежнсть похдно внутршнього тертя мо- В.С. и др. // Физика металлов и металловежуть бути корисними для аналзу виник- дение, 1983.- Т. 56, N 6. - С. 1146-1151.

нення механзму розширення релаксацйно11. Гриднев В.Н., Кушнарева Н.П. О го пка.

существовании комплексов атомов кислорода в ниобии по данным внутреннего треЛтература.

ния // Физика металлов и металловедение, 1. Елютин В.П., Мозжухин Е.И., Мак- 1987.- Т. 64, N 3.- С. 504-510.

симов Д.Г. Исследование распределения 12. Бахрушин В.Е. Уширение сноековатомов кислорода в твердых растворах на ских пиков, связанное с образованием межоснове ниобия // Физика металлов и метал- атомных комплексов// Металлофизика, ловедение, 1974.- Т. 38, N 3.- С. 564-570.

1988.- Т.10, N 5.- С. 106-108.

2. Ahmad M.S., Szkopiak Z.S. Snoek 13. Бахрушин В.к., Чирков О.Ю. МоRelaxation Peaks in Solid Solutions of делювання впливу взамод домшок на Niobium // Journal of Physics and Chemistry релаксацйний спектр внутршнього тертя of Solids, 1970.- V. 31, N 8.- P. 1799-1804.

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам