Континуальний опис полікристалічних систем з врахуванням їх будови

Автор(и)

  • Oleg Kuzin Національний університет «Львівська політехніка», вул. Степана Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-3669-0237
  • Bohdan Lukiyanets Національний університет «Львівська політехніка», вул. Степана Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0001-6584-7366
  • Nikolay Kuzin Львівська філія Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, вул. Іванни Блажкевич, 12а, м. Львів, Україна, 79052 Львівський науково-дослідний інститут судових експертиз, вул. Липинського, 54, м. Львів, Україна, 79024, Україна https://orcid.org/0000-0002-6032-4598

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.156159

Ключові слова:

математичні співвідношення моделі полікристалічних систем, стан границь зерен полікристалів, міжзеренне руйнування

Анотація

Об’єктом дослідження є поведінка границь зерен, умови утворення міжзеренних пошкоджень і інтеркристалітне руйнування полікристалічних сплавів при дії силових навантажень. Проблема створення внутрішніх граничних зон із заданими термодинамічними, фізичними і механічними характеристиками в сплавах, вирішення якої є найбільш перспективним способом підвищення їх властивостей, вимагає використання методів математичного моделювання. Це дозволить кількісно оцінювати вплив хімічного складу, термічної обробки та зовнішніх навантажень на утворення міжзеренних пошкоджень полікристалічних систем.

В ході дослідження на основі енергетичного підходу опису континуальних середовищ із врахуванням фізичних ефектів, що відбуваються у масштабах, співрозмірних із структурними складовими та їх границями, побудовані математичні співвідношення моделі полікристалічних систем. Ця модель є основою для розрахунків і встановлення напружено-деформованого стану матеріалу на мезорівні. Показано, що на механічну поведінку матеріалів мають вплив не тільки абсолютні значення параметрів властивостей окремих мікрооб’ємів тіл, але і їх градієнт.

Отримано зв'язок між присутністю в покращувальних сталях границь зерен з підвищеним рівнем енергії і здатністю до утворення міжзеренних пошкоджень при дії зовнішнього навантаження. Розроблено концептуальний підхід до керування властивостями внутрішніх поверхонь розділу сплавів зміною їх структурно-енергетичного стану. Це пов’язано із тим, що запропоновані модельні і експериментальні залежності основані на фізично обґрунтованому параметрі – відносному градієнті властивостей, який визначається сегрегацією домішок, виділенням фаз, густиною дислокацій в приграничних зонах зерен.

Встановлені граничні значення характеристик локальних об’ємів зерен, при яких зменшується здатність до утворення міжзеренних пошкоджень і інтеркристалітного руйнування сплавів. Завдяки цьому забезпечується можливість впровадження інноваційних технологій зернограничного конструювання структури металовиробів. Це дозволяє, у порівнянні з відомими технологіями, суттєво підвищувати параметри надійності деталей машин ‒ довговічність, ресурс, безвідмовність при мінімальних економічних витратах.

Біографії авторів

Oleg Kuzin, Національний університет «Львівська політехніка», вул. Степана Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра прикладного матеріалознавства та обробки матеріалів

Bohdan Lukiyanets, Національний університет «Львівська політехніка», вул. Степана Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор фізико-математичних наук, професор

Кафедра прикладної фізики і наноматеріалознавства

Nikolay Kuzin, Львівська філія Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, вул. Іванни Блажкевич, 12а, м. Львів, Україна, 79052 Львівський науково-дослідний інститут судових експертиз, вул. Липинського, 54, м. Львів, Україна, 79024

Доктор технічних наук, доцент кафедри

Кафедра рухомого складу і колії

Провідний науковий співробітник

Посилання

  1. Watanabe, T. (1988). Grain Boundary Design For Desirable Mechanical Properties. Le Journal de Physique Colloques, 49, 507–519. doi: http://doi.org/10.1051/jphyscol:1988562
  2. Lejcek, P. (2010). Grain Boundary Segregation in Metals. Springer, 249. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-642-12505-8
  3. Makarov, P. V. (2004). Ob ierarkhicheskoy prirode deformatsii i razrusheniya tverdykh tel. Fizicheskaya mezomekhanika, 7 (4), 25–34.
  4. Kozlov, E. V. (2003). Izmel'chenie zerna kak osnovnoy resurs povysheniya predela tekuchesti. Vestnik TGU, 8 (4), 509–513.
  5. Entsiklopedicheskiy slovar' po metallurgii (2000). Moscow: Intermet Inzhiniring, 821.
  6. Gottschalk, D., McBride, A., Reddy, B. D., Javili, A., Wriggers, P., Hirschberger, C. B. (2016). Computational and theoretical aspects of a grain-boundary model that accounts for grain misorientation and grain-boundary orientation. Computational Materials Science, 111, 443–459. doi: http://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.09.048
  7. Kobayashi, R., Warren, J. A., Craig Carter, W. (2000). A continuum model of grain boundaries. Physica D: Nonlinear Phenomena, 140 (1-2), 141–150. doi: http://doi.org/10.1016/s0167-2789(00)00023-3
  8. Shtremel', M. A. (1999). Prochnost' splavov. Chast' І. Defekty reshetki. Moscow: MISIS, 384.
  9. Kozlov, E. V., Zhdanov, A. N., Koneva, N. A. (2006). Bar'ernoe tormozhenie dislokatsiy. Problema Kholla-Petcha. Fizicheskaya mezomekhanika, 9 (3), 81–92.
  10. Korneva, N. A., Tishkina, L. I., Kozlov, E. V. (1998). Spektr i istochniki poley vnutrennikh napryazheniy v deformirovannykh metallakh i splavakh. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 62 (7), 1350–1356.
  11. Mughrabi, H. (1987). A two-parameter description of heterogeneous dislocation distributions in deformed metal crystals. Materials Science and Engineering, 85, 15–31. doi: http://doi.org/10.1016/0025-5416(87)90463-0
  12. Kocks, U. F. (1970). The relation between polycrystal deformation and single-crystal deformation. Metallurgical and Materials Transactions B, 1 (5), 1121–1143. doi: http://doi.org/10.1007/bf02900224
  13. Hirth, J. P. (1972). The influence of grain boundaries on mechanical properties. Metallurgical Transactions, 3 (12), 3047–3067. doi: http://doi.org/10.1007/bf02661312
  14. Weinberg, F. (1958). Grain boundaries in metals. Canada Department of Mines and Technical Surveys, 79. doi: http://doi.org/10.4095/306660
  15. Rabotnov, Yu. N. (1959). Mekhanizm dlitel'nogo razrusheniya. Voprosy prochnosti materialov i konstruktsiy. Moscow: Izd-vo AN SSSR, 5–7.
  16. Kachanov, L. M. (1958). O vremeni razrusheniya v usloviyakh polzuchesti. Izv. AN SSSR. OTN. Mekhanika i mashinostroenie, 8, 26–31.
  17. Burak, Ya. Y., Chapli, Ye. Ya. (Eds.) (2004). Fizyko-matematychne modeliuvannia skladnykh system. Lviv: Spolom, 264.
  18. Peleshhak, R. M., Lukiyanets, B. A. (1998). Elektronnoe pereraspredelenie v okrestnosti yadra lineynoy dislokatsii. Pis'ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 24 (2), 37–41.
  19. Kuzin, N. O. (2015). Ob odnoy matematicheskoy modeli izmeneniya svoystv materiala. Prikladnaya mekhanika, 51 (4), 125–132.
  20. Afaghi-Khatibi, A., Ye, L., Mat, Y.-W. (1996). An Effective Crack Growth Model for Residual Strength Evaluation of Composite Laminates with Circular Holes. Journal of Composite Materials, 30 (2), 142–163. doi: http://doi.org/10.1177/002199839603000201
  21. Chang, K.-Y., Llu, S., Chang, F.-K. (1991). Damage Tolerance of Laminated Composites Containing an Open Hole and Subjected to Tensile Loadings. Journal of Composite Materials, 25 (3), 274–301. doi: http://doi.org/10.1177/002199839102500303
  22. Xia, S., Takezono, S., Tao, K. (1994). A nonlocal damage approach to analysis of the fracture process zone. Engineering Fracture Mechanics, 48 (1), 41–51. doi: http://doi.org/10.1016/0013-7944(94)90141-4
  23. Legan, M. A. (1994). Correlation of local strength gradient criteria in a stress concentration zone with linear fracture mechanics. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 34 (4), 585–592. doi: http://doi.org/10.1007/bf00851480
  24. Kharlab, V. D. (1993). Gradientnyy kriteriy khrupkogo razrusheniya. Issledovanie po mekhanike stroitel'nykh konstruktsiy i materialov. Saint Petersburg: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy arkhitekturno-stroitel'nyy universitet, 4–16.
  25. Lebedev, A. A., Shvets, V. P. (2008). Otsenka povrezhdennosti konstruktsionnykh staley po parametram rasseyaniya kharakteristik tverdosti materialov v nagruzhennom i razgruzhennom sostoyaniyakh. Problemy prochnosti, 3, 29–37.
  26. Maugin, G. A. (1992). The thermomechanics of plasticity and fracture. Cambridge: Cambridge University Press, 350. doi: http://doi.org/10.1017/cbo9781139172400
  27. Egorov, A. I. (1988). Optimal'noe upravlenie lineynymi sistemami. Kyiv: Vyshha shkola, 278.
  28. Kuzin, O. A. (2018). Rol' izmeneniya svoystv lokal'nykh ob"emov zeren v protsessakh interkristallitnogo razrusheniya staley posle uluchsheniya. European multi science journal, 15, 27–29.
  29. Ivanova, V. S. (1986). Mekhanika i sinergetika ustalostnogo razrusheniya. Fiziko khimicheskaya mekhanika materialov, 1, 62–68.
  30. Ivanova, V. S. (1989). Sinergetika razrusheniya i mekhanicheskie svoystva. Moscow: Nauka, 167.
  31. Volkov, I. A. (2008). Uravneniya sostoyaniya vyazkouprugo-plasticheskikh sred s povrezhdeniyami. Moscow: Fizmatlit, 424.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-20

Як цитувати

Kuzin, O., Lukiyanets, B., & Kuzin, N. (2018). Континуальний опис полікристалічних систем з врахуванням їх будови. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(45), 25–30. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.156159

Номер

Том 1 № 1(45) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Матеріалознавство: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleg Kuzin, Bohdan Lukiyanets, Nikolay Kuzin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.