Компьютерный анализ дисперсных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

РГ6 ОД . Б ДЕК №96

Запор1Эысхй державний уШверситет

Коня1птерний анал1з дисперсных систем

Спец1альн1сть 01.04.13-$1зяка кетал1а

Авторвфераг

ДисергацИ на здобуття паукового ступени кандидата ф1зико-иатеиатичних наук

На правах рукопису

Пархстекко Лариса 0лександр1вна

УДК [669.0178539.231681.3

Запор1хая 1996

Робота викаяана ун1верс|ггет1

о

Запор1зькоиу .еерзавиоиу техн1члоку

Науков! кер1впикн: - доктор ф1эисо-мателаткчнях наук, прафесср Псарьов В. I., кандидат фхзнко-патсматичннх наук, доиент Кулаков О.®.

0фац1йн1 ояонеити 1

1. Доктор фаэксо-яатепатичтос наук, професор Матиогка Э^няХла Альфред: вна

2. Доктор техм1чныэс наук. прсфсоор Ольшнецьсий Вадим Ихикояич

Пров1дна усгтоновл: ЧерШвецысиЙ Державина университет

/о ^^^

Захист дисертацИ в1дбудеться " ^ " - 199Ь р.

о 15 година на зас1данн1 Спец1ал13овано1 вчвно! Ради К 08.04.01 при Запор1эысопу дарвавноку ун1верснтет1 за адресов: 330600, Запор1жхя, вул. Хуковського, 66.

3 дйсертац^ея) козна оэнайояитися у науковШ б1бЛ!Отец1 Запсргэького державного университету.

. 4<

Автореферат роз1слано " '- 1996 р.

ВчениЙ секрвтар Спецгал^зовано! Ради К 08.04.01. кандидат ф1эмко-натем»1шчних наук

Евень В. 0.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОВОТИ Актуальи1сть теии. Тверда, р1дт аба гаэопод1бни дисперсн! систеии во-под1 ють особлнлияя властияостятг I надмнпхан вгяьноХ енергИ, п1двипено» х1н1чнов.а в двяких вкладках 1 б!олог1чною акт1вк1стю 1 а нест1Лкими внасл1док сильна раэвинутоХ поверх»! разделу фаз. Хх основною характеристикою е дисперсн1сть,яка характеризуется роэпод^ленняи «¡.крочастииок по якопу-небудь сутт«з>ому признаку.Стосовно -до твердях дисперсиях систем, в яких и1крочастинкн дисперсно! фазн розподглен! в кристаличному серсдовио!-пересиченону твердому розчии!, таков характеристикою «а густима розподглення п1крочастинок по роэм1ран-ефективннм рад1усап. В роботг основну увагу прид!лено сапе вин диспарсмо-зн1циопнин метал1мнйв сплавам, ЭмчаКно у них огрубления »1крочастииок дисперсно! флзи визивавгьея Хх коагулятвет, ускладненин перерозпод1лом лег1рук>чого елвненту н1ж фазапн, структурными пвретвореиняин 1 1немми су про»одними процеоамн. Особлив1сть Хх прат1гання-огрубления дисперсно! фази вияпяяетъея на зп1нх густикы розпод1лу мйкрочастинок по

розн1ран.Задача псилгае в тому, щоб враховувчи цв.одержати достав1рну 1н$орпа1д1|э про характер Ск1иеткка,некак1зп.«етал1 5 прот1каннп внутри ганьосистемиизс процессе.

Задача розв'язуваллся з уразеуялннян останнтеоретичних досягнень про ст1Йс1сть 1 еиоланию дисперсних систем.Основиий внесок в це направления внесли:0. М. Тодес,Н.Н. Сирота.I.И.Л1фо!ц 1 В.В.Сльозов, К. Вагнер,В. I. Псарю» та iнai вчсн1. Прот® до тепер 1 шпього часу не була встанояяена яетодикв добування ¿нфорнацЛ про природу виутр1Ш(ьоснстепних пропас¡а, враховукгчи характер трансформацИ експериненталъних розн1рних розпод!лень—г1стограм. Цоб скористу— ватися досягненнямя творетичиих роэрахунк!а. кеобх^дно було розв'язати задачу про роэп13навання образов - под!бн1сть та в1дя!НН1сть екслернпентальнмх 1 теоретичних роэпод1лень М1крочастииок по розмхрах. Вияэить еленентн Хх под!бност1 1 в!дм1нност1 для того, дэб на експериментальн1 дан1 розповевдити полояягнмя фхзмчноХ теорхХ 1 эробнти певнх вясиовки про прат1камня внутр1ш<ьосистенннх прочее¡в.

Зг!дно з таким систениим методом анализу експерииентальних розпод1л1в Щкрочастииок по розк!ран необххдно враховувати як Хх нопннти, так 1 сп1вв1днопення н!х ними. Знания мояент1в (коли

- г -

вони eci icHyoTb) екв1валентно знанию функцгХ розподхлу. Це екв1валентн1сть означав, що властивосП розпод1лу нозна виразитн в TepniHax kokchtIb, а ïx зк1нення - за'язати з об'епкики провесами в дисперсн1й система. 1иивти словаки, поставлена задача статистичноХ ф1зики в!дпов1дно до дислерских систем, яка до теператнього часу не розглядалась.

Иета А завдаиня роОотм. Розробка методу аналхзу стар иочнх i дисперсао-зм1цненних сплавiв в прочееi ï х синтезу або терн1чкоХ обробки. У зв'язку з цин сухупн1сть 1снуючих кетад!в вииариоання дисперсности фаз, розлод1леиих в об' «ii петалгчних сплавав, необх1дно дапааиити ксиг'ютерним способом добування ¿нформац iï про динамixy ХхньоХ еволюцЦС. Us фактичио - днсперсШно -комп'ютерхий метод анал!зу игкроструктури сплавхп,який дозволяв по установлених под1бност1 i в1ди1нноста Mix ессперинентальнаю riCTorpanox) <розпод!лои дисперсних частинок по размерам) i в1дпов1днии теоретнчним розпод1лок судити про природу

внутр1шньосистекиих процессе.

У в1дпов1дност1 з поставлено» петою завдаиняпи дисертаиЦйноХ роботи булиг

- розробка методики анал1зу безл!Ч1 теоретичних фуикцШ густини posnoAiJiy нхкрочастинок по розм!рам, bîдпею!днии реакц1&ному i дифуз1йнону механизмам Хх укрупнения, як! стварюиться системой хнтегрально- диференц1альних р1внянь,як1 описують стан сплавхв;

- створеиия алгоритму для визначеиня анал1тичного виду функц ifi рознзрних роэподхлень в явному вид!;

- розробка методики розв'язання оберненоХ задач!, за'язакоХ з виэначенняи параметров розпод1л1в по Дании насиву чисельиих значень, «xi Biдпов!днi одержан!й теоретичн1Й функцiï;

- створення алгоритму для аиая1зу експеркменталькнх розпод1л1в м!крочастинок по разм ipaM, який врахову« иохлив1сть ïx

i дентиф!кац1.Х з теоретнчнимм розподiленняпи;

- встаиовлення корелюючаго зв'яэку nix ознакани трансфориацiÏ експериментальиих Пстогран з часом укрупнения н1крочастинок у сплав! i визивввчими внутр!шньооб' «Э1НННИ процесаии;

- розробка методики встановлення достоверности вмзначення чисельиих значень параметров розпод!лу i залехних aiд них величин, шляхом вихористання оп1вв1дио)леиь wix моментами розпод1л1в;

- розробка методики выявления $1зичноХ картинн прот1кання

внутр1тньосистенних прочее1в па даиим анал!зу експеринентальних роэпод!Л1и.

Пауков» та практична ц1нге1сть.Результат« проведено! роботи в знача 1Я тр1 доповкюють традиц1йн! нетоди статистично! ф!зики стосовно реальних нетал1чних сплавав, як* м!стять дисперсну фазу. Пропонований метод дозволяв по дамим анализу зм!нення основно! характеристики дисперсно! системи - фуккц1! густини розм1рного розпод1лу з часок огрубления дисперсно! фази зробити висновок про природу внутргшньосистемиих процес!в, 1стотно вплнвапчих на характер форнуваиня м1кроструктури 1 влаотивостей сплав! а.

Така методика вперте розроблвна 1 застосована до анализу алюн1н!еяо - иагн1еяих сплавхв, да дозволило внэначнти ф1зичн! характеристики 1х (Нкроструктурнаго стану по н1р> наблиаення до стану р1вноваги-

Пролонований метод мохе Бути розповевджэний на ргзноман1тн1 дисгерсн! системи! дисперсно-зм1цнен1 1 старгюч1 сплави, островков! ПЛ1ВКИ, ЯК1 застосовуються в н1кроелектрон1ц1, системи газових бульбаток, як1 виникають при рад!ац1йнону опром1ненн1 матер1ал1в та шт.

Наукоаа новизна.Роза' язака окрема задача, яка зв'язаиа з роэл1зхаванням образов: 5езл1чх теоретичних розпод!лив м1крочастинок по розпхрах э експеряиентальною г1стограмою -характеристикою еволхиионуючо! дисперсно! систени. На основ! гнфармац!!, отринано! при обробц1 даннх стан 1 дисперсно!

систени, за допомогою пропоноваиого методу, нохна зробити найб1лыз повний 1 в1рог1дний висновок то до фазового складу г □Ч1куваних властивостей сплаву, який н¡стить дисперсну фазу.

Стосовио до алян1н!ево-магн1еа>их сплав!в вивчено вплив температуря 1 легування на к1нетику укрупнения дисперсних частинок СИ^Мд^. Визначен! чисельм1 значения пахливих характеристик дисперсно! системи: критичного радиусу м1крочастинок, часгини розчнннх 1 эростаючих дисперсних частинок, 1х х1нетичних паранетр1в укрупнения та 1Н. Показано, по дисперсн1 системи ие мохна описувати за допомого» «дано! универсально! функц1! розпод!лу М1крочастинок по Хх в1дноснин розм!рам. Запро-вадаги! ноп! критерии оц^кквання ст!йкост! до зберехення ступеня дисперсности м1крочастинок в дисперсно — зм!цнених сплавах.

Положения, до мюосяться на захвст.

1. Корелвочий эв'язок н!ж параметрами зн1н експернментальноХ криво* розлод1лу В1крочастикок па рознхрах 1 $1зичники процесаки, як1 вмкликавть ц! зн1ни, паже бути установлений шляхон пор!вняння експеринентальноХ залежност! э теоретично» кривою, яка в!добрахуе ф^эичну природу даноХ дисперсной систеии.

2. 1дентиф1кац1я характеристик теоретичних роэпод1л!в 1 експеринентальких крквих в повн1й Н1р1 ноже бути зд1йснена за допоногов розробленого методу, якнй вмкористову« СОМ. Метод включае:

-рхшвння динам1чкого р1вникни дисперсно! систеии, в результат! якого одержу деться безл1Ч нножин теоретичних крнвих густини розпод1л1в по суттетШ азнацг (для дисперсно - энгцнених сплав1в - роэм»р!в м1крочастннок>;

-ножлив1сть вибору серед безл1ч1 ннохини одного теоретичного розпод1лення.Я1се мае каксинальну . схож1сть з експсринентальною г1отограно»;

-процедуру тестування при складенн! обчислювальних програп для ЕОМ;

-оц!нху достов1рност1 визначення чнсельнмх значень характеристик експермнентального розпод1лення шляхон

використання сп1вв1днооення н1ж власнкни иоиентали.

3.При АнтерпритацЦС одержан«* данях необх^дно вра-ховувати поряд з особливостяки використання традицхйних спос1б1в дисперсного анализу 1 засоб!в ЕОМ, ф*зичну природу дисперсно! систеии 1 XI структурний стан; для дисперсно - зпшисних сплав1в - к1кроструктуриий стан, фазовий склад х Хх зи 1нн з часом .

4.Пропонований метод конп1ютерного анал!эу дисперсних систем доповнве пожливост! К1льх юно! неталографИ 1 нож» бути використаний для оснастки ЕОМ, котр! застосовупться разон з автонатизованими приладани для анал1зу кхкроструктурного стану сллавгв. На ц!й основ! нохе бути створен комплекс С" АНИКо "5 для соибгнаааного анал1зу властигостей структурного

1 фазового складу сплав¿е.

АпроОааХп робот». Оснавнх результат« допевI дались на I

ШкнароднШ конференцх! "Коип'ютернх программ учбового приэначення" СДонсцьк, 1993 р. Э .на VI ЖхнароднШ науково -технхчнх.й конф?ренц11 "Нов» конструкцийих стал! 1 спяаяи та методн 1х обробкн для п1двищення иадхйностг та довгов!чностх виробхв" СЗапорхзкхя, 1993 р.3.

ПуОл1как11

За темою дмсертац!! опубл!ко«ано 6 наукових праць.

Структура та обсдг дясертац!!. Дисергац1йка робота складаеться 1э вступу, п'ятьох розД1л1в. внсновкхв, перел!ку цитовано! л!тератури э 82 назв. Загалький обсяг роботи сслав 149 сторхнки, у тому числ! 23 малхжки та 12 таблиць.

ЗМ1СТ РОбОТИ

У вступи!а частия! обгрунтовано актуальность теми, сформульованх кета. завданкя роботи, 11 новизна та практична ц1нн1сть, полохэння, як х виносяться на захист.

1. Дигал1з дисперсная систем (огляд л!тератури) У первому роздхлх дано виэначення дисперсних систен та !х характеристики. В1дэначено, пд незалехио в1д ф1зико-х1мхчно! приради дисперсно! система, 11 загально! характеристики виявляеться роэподхл м1храелеиент1в Счастннок■ пл!бочок. пор, булъбочок газу та 1Н. 5 п1найб1льте суттев1й ознацх. Нею мохе

слухитн величина, яка визначае народхення, розвитак та вмирання складоаих скстепи м1кроелемент!в. Стосовно до твердых дисперсних частинок. як1 розпод1лен1 у твердому середовипй - перенасищеному розчинх, тако» ознасов внявляеться !х розчинн1сть у тому середовипи, у ясаку вони розпод1лен1, а власне - рози1р м1крочастинок. Детально внсвхтлеиа сутт«х.сть дисперс1йного аиалхэу, який об»еднус р1знх експврименталън! метода визначення розп!ргв частинок дисперсно! фаэи. фсряи та обмехення, питом!й поверхн1 розд1л!в фаз, величини часткового об1ему та хншхх ознак дисперсних систем.

8. Теор1я еяшдаИ дясяерспо - зм!циенях спяаи!в. Стаи проДлемя У другому роздхлх розглянуто загальн1 теоретичнх полохення еволюцИ дисперсно-змхцнених сплав!а. Внходячи хз особливостей гласно! дисперсхймо! смстекн визначен! к1кетичн1 закономерности расту та розчннення частинок, як1 використовувались для

отрилдння функцт розпод!лу та Хх знак, нар¡вн! з1 зк1ков характерных параметр 1П систем» з часом коалзсцеицЛ. Динамичний стан системи описуеться за дояомого» рхвиякнь: р1вияння везперервност1

OfCi", t)+ а &t ir

]= о,

dr

де —— швидк1сть 3MiKH poaMipy м1крочастинок, fCr-.t3 -функц1я розпод1лу мiкрочастино* за размерами; 23 pi вняння руху у ансакбл! po3Mipis

да - критичний радiус, який В1дахремлюе розчинет частники »i д зроставчих; v^Cti - його приведена твидк1сть; 33 закон збереженмя паси речозиим дисперсно! фэзи

Г"

А * а

ет = Д+ д- • п#» J" f(r,t)«r dr ,

о

дар- густина речовини дисперсно! Фаз». Д = С - С - переснчення

г оо

середовиша . г - верхня Mesa po3Mipie в ансдпбл!. я

3 nisi системи р1вияинь була одержана залехнхсть фуккцН рОЗПОД1лу NiКрОЧаСТИНОК ПО BiAHOCHUM p03Hipait U= у ВИГЛЯД1

f<r,t) « C(rk) I»"*« *><«>,

да P<u)- vkVu-v<u) екр[-3укГ vkdu-v<M>]

(1)

яка при р1зних формах р1вняння руху розмхрхв нгкрочастннок описуе Хх розподхл по розн!рам в р1эних дисперсиих системах. ПостШиа !нтегрування С вианача«гься нормуванням КгДЗ на адикицю об' «дау при використанн1 виразу для закону збереасення маем речовини дисперсно* фази.

Для дисперсно-змхцнених сплав1в, враховуячи пепннй пехан1зк укрупнения м1крочастинок» вираэ С1Э прийнае вид : 13 для реакцгйного механ1зму укрупнения дисперсии* частинок

3v u1_a )

p<u)° екр

я 2-е» , r

u + v, u -u + 1

k Ic

/ ti »•Ч!. . 1

-3vJ I " ^0, , Ь «>

ev^u + vk u -u+lj

S3 для дифузШио-контролсючоХ коалесценцИ

3v < u*+ с ul'a) Г (ua+ "| pCu> =-=-i- екр |-3v Г-i- I, <3>

ua+ е ^ u l"a-u+l [ vk u aS'1' v "*"e-u+i J

дао - параметр неравноважност i н1хфазовоХ nezi. cCc Э -x i нетичний параметр.

3, Jbtcngpci ЙМО — кояп' втермД анал!а м!кроструктурм сплав!»

У розд!л! 3 роэглядан! иетоди анализу дисперсиях систем, одерзсаних за допоиогою екслериментального обладнвння та шляхом теоритичннх розрахунк1в i3 застосуваиняи копп*втерно! техн!ки. Приведений опис уклзденоХ программ,за допомогою яко£ виконуеться к!льк1сннй анал!з нхкроструктури твердих дисперсиях систем, який передбачас виконания ряду операц!й: перерахування

статистичного набору елемеит!в двохиарко! структур» на трьохп ipny з подалыяин визначенням характеристик

експеринентального розя^рного розлод!лу г1стограми. Для прикладу приведен! дан! роэрахушс!а для алгол1я!ево-пагн!евого сплаву, який и Ютить дисперснi частники Ol^Mg^ .

1з проведаного анализу выходить, що энайден1 характеристики екслерикентального раэподглу м!крочастинох по роэм!раи виявляються для не! статичниии: не вМобраяають динамику прот1каючого у сплав! процесу. Ала. з часом 1зотерк i много нагревания буде в!дбуватись зи!на них характеристик, Е50, у свою чергу, повинно викликати трансформацию крнвих розпод!лу - експериментальних гiстограм. Це потребуе додаткових дос-п!джеиь. щоб за характером оказано! транс$орнац!! розпод»лень визначити моклнв! особлнвост! прот!иання прочее iE у сплавi. як1 висликають цю трансфорнац iв.

Описано як з ¿»помогав складских ксмп'втерних програм вдалося отримати анал!тичн! вирази для теоретичних функций розлодал!в С2Э ! C3D в!дпов!дно

С хч"р(1+скчп,> <х -хГ^их+а <х+а

р<*)~---2----- х

к

П (ха+Ь.м+с,) i i=l i i

[So _ , . Sx+bl ] ...

--+.Г t,arctg -r-,— I

xg-x i=i I Д1 I

- в -

С хч"р<к<,тр+г ><к -x)~yo<x+-a )"у4(к+а )~уг

„<*>= —-*-3-i-5-

Jc

.П (н *+Ь к+с. ) I i=l i 1

[as . _ , , Ex+bi | --+.Г t.arctg -r~.— I

Xg-X i»4 i. я Ai. »

a- -E- <p£q}, X -и*'4, х=и1Л», k=

q 9 в 9

(5)

1

»

J

3q-3

2 , для q-непарного —g- , для q-парного

При a * О i « »= О i3 С ID одерхувм розпод1л Вагнера, а при a = О i с = О 1з С S3 - розпод!л Jlijmiua - Сльозова.

Щльове призиачення пропоноваимх лрограм - аналзэ виду

теоретичних функций вольностей розпод1л1в i diдпобiднкх Хм

характеристик; u ,v ,S - коефш^ента асипетрН, ех-ексцеса та 1н. а к к

Це иесбх!дно при визуальному поргвняннг теоретичних розпод1Л1в з екслеринентальниин.Тасия чином вся множина теоретичних розпод1-л1в,в1ДПов1дних левноку механ1зму, ноже адекватно oijuiooi датн 1снуюч1й pi3HOHa»iTHOCTi ессперикентальних ггстогран.Задача полагав в топу, щоб для кохноХ э них необхгдно л1д1брагн теоретичный розпод1л з певкини числовини значениями параметрis a i сСеЭ. тобто эдШсиити Хх 1дентмф1каи1» , доб пот!н одерхати неабххдку 1нформац1ю про внутр1шн!й стан дислерсних систем.

Наведено saci6 пор1вняння теоретичних розподз.л1В СО або C5J - з образом - суттевоХ екслерикентальноХ ricTorpanoX.Эапролонований 3aci6 -не не загальнопрнйнята пгдгонка Сдоведения до аогрхвноХ форми. posMipy.типу асинетрИ та iuaix ознакЭ патепатхчноХ криво! розпод!лу того чи ¡.нвюго типу до експврипентальноХ г!стограии.а встановления под1бност1 Mix ricTorpaHo» - образом i подобою - теоретичнин розподiлом, Bi-Д1 бранив 13 беэлхч! однотмпних по механхзпу укрупнения и!крочастинок кривих розпод ijiy. Передбачено вгдшукування серед безл1ч1 наявних теоретичних розпод!л1в иайй!льш под1бноХ по на-лежких ознаках на експерняентальну гхстограну.Т1льки е результат! такого розв'язаиня нохна з найбглыоов точности визначити чисельн1 значения параметров a i еСс^» а. такох, i inmix характеристик

- э

розлод1л1в. це дав мохлиа1сть одсрхатм достов1рну 1нфориац1ю про внутр1тн1 причини,як 1 внэивають трансфорнац!» експеринентальиих розподхд1в в процесг укрупнении накрочастинох в дисперсн1й сксте-и1.Р1иеяня задач1 одержано м!н1н1эуваннян функц!онал1в - нс-

л4к!йних р1вияякь,кокенгIа акспернигнтахъних розпод1л!в нхкроча-стинок по роэм1рах вгдпоз1дно для реахц!йно- 1 дифузШно- контро-люочого кехам1зиу огрубления дисперсних фаз:

М^М^М3,-^' <е>

да Б »V .в*и+а>1\вквМ <Ь+п) г"44**®!»! -

о 1с к 4+л к >М1 к м

- V * 1+а) гГа~г*>И -(г-а)м+<г-а)п М к к 1-а * ко

* к к 9*01 к к * к М

+ с(5»а)Л_-V а г"*1 ~а' М_- < 3-а> г"4 М -(З-аЖ

к хга к к »-а к в *

к к к к 4-»-а

<5+Е«, <5+г-> "Г**1

ММ + КМ^-а!' <7>

да г ■ v < 1 +-а) >"г'*+а>м - (4-»-а)гг<''ма>м. + -

0 к к к к

- уУи^а!^"®« -е С2-а)М+<г <2-а)г И к 1 к >-а 1 ( 1 ко

г -v. «г+й)^"'4^ +2« „ +

1 к к эта * к к * к я*а

+ (5+а)г"<"0вМ -V. е*а г?*~а>М -с (З-а)гТ1 (3-а) М,

к я+а к 1 к »-а. 1 к л 1 1

1-КЗ

о

31рог1ди1сгк одерханнх таким чином чисельних значемь

параметров а 1 уточндегься внведвннм сп!во1дношенкяи н1ж

понентани ехспермментальноХ г1стограии:

г>-3) м = И- |м -м I

п Ук | п-ул»» п-иуы> I

<г>-з)м = ______I , <е>

ля

и и

М =Г и" *><и)с)и; М =Г " Ои | о о

и

м =Г ' и"~ (и) ¿и, ^«»«.Аи*"1

Критер1«м Йяов1рност1 найдених зиачень параметр!в о 1 сСс^з с р1вн!стк л1воХ 1 правах частник в в!дяотенн! к!я моментами СВЭ.

Описаний алгоритм кома'вгеркоХ программ тктумккя роэробленого истоду для даних виборки теоретичного розпод1лу. Одержан! результат» вкаэують на прикцнпову иожлив1сть аналг-тичного »»значения параметр!».«к! характеризуют!» •ксперинекта.яьие розпод1леиня - г1стогрвму.Кржп цього запропоновакий метод воин бути вихористаний для аиал!эу формування выборки на модельнмх СтеоретичнихЭ функциях п!льност! розпод!леняя.

Докладов висв1тла>а алгоритм кокп'втериого ан«л!эу експерн-нентальинх роэгшд!л!в.Iлюстру очия прикладом е приведен! дан! роз-рахунс!в зм1н дисперсност! и1крочастииок й1аМв8 в Р1-Мд сплав! С79* 01Мд;1* МгО у процес1 1зотерн1чиого иагр1вання при 430"С на протяз! 70 годин. Одержан 1 дан! дозволять судмти про особливост! дисперсноХ система: положения критичного радаусу г^ . який в1дд1ляе роэчини! я!крочастикки в!д зроставчкх| кзльксст! остаии1х, д!Ясного значения модального розя1ру та 1Н. 31 »»иною зови!пи!х умов Стемпературя.часу.тиску та 1м.Э повинна проходнти трансфориаигя розподадень: эихндеться форма крмвкх еп.ю>и остей, положения максимуна,роамах.значения верхкьоХ ке>1 розм!р!в та 1нв1х характеристик.Все це а п1дсумку дае кохлив!сть одержвти !н-(оря«|1в про прот1кания ароцвс1л у дисперсм1й систем!.

1. Р»зули»т» каи'втерюни аиаяАау яишерсто-аАвиидх салваАв

В роэд1л1'4 наведено результате кокп»ютерного аиал!зу дис-персно-зм1цнених сплавхв, передбачавчкх дв1 можливостг:розрахунок традиц1йних характеристик дисперсноХ снстеки 1 розрахуиок величии. характернзуючих динап!ку внутривмьосистемних процеоЮ.Це показано на при клад! алюк!н1«во-иаг1»!«их сплав!в. як! буям

!затерм1чко нагр!т! при ргзннх температурах.

Дяя р1зикх алии1н1еоо-иагн1е!их сплав1и 1 при р!зних температурах Хх нагр ¿пання в!д5ува«гься эненпеммя загальноХ к!лькоат! частинок!зб!лыву<иться середнШ рад!ус и¿крочастиког. СгЗ;в1дбува«~ ться зн!пення модального рад1уоа Сг^З я в!к великих роэи1р1в) росте значения аврхкьоХ меех! роэн1р!в Сг^Э. а таков эл1нвпться Я ¿на! характеристики розпод!л1в 1 тнм значн1Е».чим вица температура. 3 ц1«Х причини зи1кввться Хх кое^цхент асхнетр1Х СВкЭ 1 ексцео СехЗ.На мал.1 приведен! крия! експеримемтальноХ валевиос-т! 1г1 (Ъ) в!д часу для сплоти двох сполучекь,як! 1зотерк1ч-

но нагр1вавться при температурах ¿СЮ 1 430*С(Иаков1чук О. I.). Як бачимо.вонм мавть л1н!йний вигляд Скрив 1 1,2,33 або я при незнач-нону нахил! прнблязио збор1гають пост Юно значения С крива 43.

О 80 100 г,год. ,. Кал. 1. Експерккентальк! залеж-

13!дпов!дн! 1н залеяност! критичного рад!усу г» 1 середнього розн!ру м1крочастинок г з часом 1зотерм1чного нагр!эанкя сплавав тпкоас папть я!и!Пни& виг ляд. По характеру знЫкзвання приведено! лзидхссп треба судяти про ^lacoвi залевхсст! харяятерких

розм1р!а гпгрочастинок дисперсно! системи.В 1нпнх зипадках залеж-н!сть 1п(Ук> «М*> коз» бути мел1н1йнов.Тону иайбхяьа дастов!рннй вксноаск про д!очий иехаи1зп укрупнения н!крочастииок в дисперсной систем! мохлмво одерхатм т1лыси в результат! анал!зу Хх роз-под1лу по розя!рам.

В проиес! 1зотери1чного нагр1вания спллв!я 91дбувавться б«з-перервне этдання в сторону б1льа крупных розм!р!в н!крочастинок Д1эМз* педального розн!ру ! верхньоХ не»1 розм!р!в г . Зм!-щення эазиачених характеристик ексгермментальямх г!стограм законен 1рио, тому но в длсперсн1И систем! а!двувавтьса неперервна роз-чнкення найб!льв др1бмих ! зростамля б!льа великих кхкрочастниок. В свою чергу»остгнл! позг/ть пересгроншаатиаь,ща повинно приводит« до зб!льшенн«1 Хх ст^ксстг до розчииення.

Зг1дно запропоисяаному методу г.окп' ютврного анализу

ноет! 1г>^к> в!д часу хаотерм!ч-нсХ внтринки сплав1в: 1- 80% Й1 + £0* Мд, 430*С} 2 - 79* А1 + £0* Мд + Мп, 430*С{ 3 - 79* 01 + 20Х Мд + IX Ип, 400*С1 А - 79.7* Й1 + £0* Мд + 0.3* О, 400"с.

дисперсно-зи1цнеиых сплав18»в1дда«ггься перевага особлмвостяи трансфорнац1£ кривнх цдяьностей розпод1лу нгсрочастмиос по рози!-рам, опосередковано утримуючих важлмву iHgopnaiúD про суть внут-р1дмьосиатеиннх процесса. Асыметр1я разпод1л1в характер i зу еггься

хоеф1и1в1тои

, да m^J tr-r)*f<r, t) dr ,

г «

9 _

тя~ J <r-r)' f<i-, t) dr . o

Зненпання величины з часок вказус на зя1а«ння максимума роэ-под!лень ■ сторону бiльа великого розиару я1крочастинок.Це i bía-Сувавться s сплавах, для яхих зобраакна тякчасова заляхн1сть

величиям S, на нал.2.

к

Кал.2. Тинчасова залех-

HicTb коеф1ц1«ггу аси-

HCTplï розпод!л!в

макрочастинок Al Mg по я а

posHipaM 01-Mg сплавíb:

1-BOX fll+20* Mg,350*С;

2-79Х »1+20* Mg+1% Mn, 't г£д 400*0; 3-79.7* fil+20*

Мэ+0. 3* Cr-, 400"с.

Знхсення максимума розпод!л1в по Hipi збгльоекия н1крочастииок

AlaMgs кожна охарактеризуватн тиячасавов зя1ноа величин* г

показании на мал.3. 3 часом вгдбуваеться безперервне зб1лывення в1дносного модального posMipy i тми бхльо значнне, чин вина температура 1эотери1чного нигртлння сплаву.Miркуючн про xíд кривих i характер зЕхлыагння и^ з часом.вага:о установиты яку-небудь як i сну закономiphíctw зм1нн велнчннм и з часом.Це зв'язано э Tioo обставнмов, tro величина и суттето внзначасться какетичииии

w

особдмвостяии процаеу.тобто залепить в!д багатьох $актор1в.Це по-mí тн о .яке» зр!вняти х1д крнвнх 1-3 1з кривою для сплаву легiров»-ного хромой.

Мал.3. "Гимчасовя залаззисть

в 1дмосного модального розя1-

ру розпод!л1» м1крочастмнок

А1 Ма по разя1рах для сплаву, в ж

який я!стить еоч Й1+20* Мд: 1 - 350*С;2 - АОО'с-,3 - А30*С;

^-грД сплаву 79. 7Х Я1+204 Мд+0.3*Сг{ 4 - 400 "С.

Суттгамй вялив на трансфориаи 1 ю вксторкнситашнх рохпод1л1в спраилм ян! на мшмикя параметру а з часов. Якщо а ■ 0,тод1 умов« виянвання н1крочастннок для будь-якаго задамого розм!ру г'»соп»Ъ будуть однаковики.Вони зм1иопться по н1р1 каблиягмня величины а до одиниц!.При м "1 вех я1крочастиики дисперсно! системы для кожного заданого роэи!ру будуть кати р1зн! нозхиюст! для вивхвання Срозчимвмня,ростуЭ.3 часок укрупкення я 1 крочастииок Ш^Мд^ж^уп-вться зкяншвння величкнм а С Кал.&Э: система рухаеться до стану р1вноэаг!1.Нохливо.щэ при духе великому час! 1зотери1чного нагрх-

вання ця величина прийм» иульове диспгрснхй систем! Вагнера.

значения. в1длов1дно модельн1Я

Мал.4. Тимчасова залехн1сть параметру нар1аиоааги а розпод!л1в и1крочастииок

Я1аМэя дя* сплапУ 80* 20* Mgsl - 350*С;2 - 400*С(

3 - 43б С 1 сплаву,якиЯ Hi-

откть 79.7* Я1+20* Мд+О.ЗХ

"SO 15S 260 t .год."* Cr t 4 — 400 *С.

Такоз иаЯб1льа сутт«*ян фактором в к1н»тичма характеристика дисперсно! системк.Наприклад,таков иоиа бути доля эроставчкх СдЭ

1 розчинпочнхся Cl-g) я1крочастимок в кохмнЯ дамнЯ момент часу при пост!йи1й тапп»ратур».Величина g э часом хэотермхчного Harpiay сплаву noni льно збхльоувтьоя. Це за'яэано а ц!«ао ойстааииош. в?э дисперсия система з часом набливаеться да стену ргвмояаги.

При rtocTittH температур! прочее остаадьдавсысо! каагуляц!! HaRSina сильно розвиваоться на початковях стадиях.а пот in Bin постулово затухае.Параметр , яккЯ характермзу« цв оеобляв1сть

дисперсно! системы, спочатку зК1лз,пусться, досягав максимума, в

пот i If зиенвуаггься. Особливо характерна sttiHa uieX всдичкни э часом спостер1гаеться для Й1 - Мд сплаву при 400". 43о"с. Кого лащр спов1льяеие знекпгння иа б1ш п!зн1Х стадиях для ccuuBio.nKi Mi-стять Mm 1 Сг. ноша в!диести за рахуиок апливу присадок цих елемент!в.

1з KDHn1штерного анализу випливао.цо TaKi зови1сн1 фактори як температура! 1 двгуваиня сплав i в справляв суттво вплхвае на KiHBTMKy вмутрхвиьосистеиних npouecia. Найб1льж 1итенсмаие укрупнения и1крочастинок спостер!га«ггься у сплав! 80%ftl+£0*Mg. У сплавах, як! м!стять Un 1 Сг,прочес огрубления макрочаетимох fil^Мд^про-ходить з маивса видк1ств.особливо а сплав i,який иiстить хром. Це значить.во лег!руваиня сплаву хромом приводить до слабкоХ зм1ни ступеи1 дисперскост! м!крочастинок fll^Mg^. тобто до п!данавння ст!йкост!.дозбер!гання Хх дисперсности

Таков приведен! результат! лас<1лень зм1Ни и>кроструктурно-го стану хромойхкелевоХ стад! з допоногою дисперс!Нно-коип'втер-ного методу,який передбачл« мождив!сть використания поряд э совокупи icTD методов вииipy дасперсност! фаз,розпод!лених в об* cmî сплав!в,копп' игорного способу добуаання ¡.ифорнац!! про динан1ку Хх еволвцИ.

1з проаеденого амал!зу виплиаас.жэ дисперс1йио-коия>ютерний анал!з я1крострукгуркопо стану карб1дмоХ фазк можв бути корменк* при дослЛдэягнм! короз!йно-ст!йких сталей нартеиситмого i иартенситио-фвр iTHoro клас!в,а такох iHOix сплав!в як1 Miстать дисперс»! фази.

3. Ноиявпигг! 1 перспектив! реал!зад1Х дис1»грс1йдк)-в.о>ш*очр^аиаго

ииоду

У розд!л! 3 в!дм1чеио,ш запропонована методика коип'ютер-иого анал!зу дкелераних систем <диспврсио-зи1циеии металевих спла*1в, островхових плхвок, натер1ал!в,як! и1стять газонаповиен1 пари та iH.Э врахоаувчн кохливост! розв'язаиня ряду проблемиих задач:

— зобравеиня озмак системы и1крочастинох СХх геометричноХ fopKU.posMipiB.ssacKHoro розн1щенкя в oâ'eni та îk. 3,рсзпод1леких в трьохм!рноиу просторi на двон!рне або зворотие в!днсвления TpboxHipHoX картмни по Хх двои!рним перетииая площиною;

- формуваиня сиотеии н1крочастннок у граф!чн! роэпод!ли по Хх наВб^льш суттоюху признаку;

- IS -

анал1э розпод!л1В i Ix пор!вння з матенатичними моделями,задаинми анал1тичиипи функц!ями;

- аиал!з еволюц1Х розпод!л!в 1 груп н!крочастинок .!з однаковими признаками я час!;

- заклячн! висновкм про прот1кання внутр!шньосистемних процес!в, розвитку 1 cTiflKoori дисперсно! системи.час ясиття и!крочаотинок, а такох умовах эм1нення ! зберехення Хх ознак Сскладу, кристалгчмоХ структуры, форми, сгран!яня та !н. Э, схилъност! до роэчинення або росту та inoin характеристикам.

Bei перелечен! задач! в!добрахен! в комплекс! запропонованих програм для ПЕОН типу IBM РС/ЙТ. В своХй сокупност! вони нохуть бути об'една»! в пакет програм. Враховувчи р!зн! мояливост! к!льк!сноХ петллограф iI, аапропонований пакет моха бути використаний при проведен»i ' анал!эу м!кроструктурного стану i фазового складу сплавiо шгяхоп залучення засобгв ЕОП.

В сухупиост! автоматизоваких прибор!в ! улаотувань для к1ль-KioHoro анал!зу мгкроструктури сплав!в is р!зиого роду ЕОМ ножли-во отворити комплекс не т!льк! для повиого анал!зу картиии м!кро-структури в плоскост1 перетин!в 1 в об' eaii сплавis,ал« i для одерхання iM}op.ia»iI про npaTicamtn внутрiсньссистемних npottecis. Такий об1 «гднаиий комплекс Moxas бути названия автоматиэаваним нау-ково-досл!дния комплексом С"АННКо"Э.Комплекс "АННКо" рекомендуешься для предметного кавчання студент in профос1ftним навикан» капрнклад, ряду спец!ал!зац1Й: ф!знчне кагер1алозиавство, метало-знавство,ф!зика твердого т!ла.Опанував зм!ст Хх окремих блок!в, описания структурних особливостей,процедуру Bi/Äopy екеперимен-тальних даних та Хх анал1з студектн набувають профес!йн! звичня комп'ютерноХ практики.

ВИСНОВКИ

1. Кораляц1я nix еволюц ¡<зо доелiдно! криво! розпод!лу по po3Hipax ! ф!зично» природов npouecis, як! приводить до uieX еволвц!!, нохе бути знайдена шляхом пор!внянкя експериментальноХ залехност! э с!м'«ао теоретичних крнвих, як! описупть ф!зичну природу дисперсно! снстеии.

2. Розроблен новий метод !дентиф!кац1Х теоретичмих розпод1л1в э експеркментальиоя г!стограком. Метод складаегься з:

- посл1довного pimsHHfl дннан1чногс рхвняння дисперсноХ систеии;

- siAfiip теоретичного розподглу, якнй голодхс максинальноаэ cxoxicTn э експерименталькою riCTorpanon;

- 011 iней AocTosipHOCTi результат»в з використаннян в! дновень hik шласнипн иопентаж* ехслерннентального розподглу.

3. На приклад1 алюн1н!«во-кагн1евих сплав!в npoiлвстрована

процедура встановлення корелввчого эв'язку His ознакани

трансфорпацИ експврнкентальних ricTorpan з часон укрупнения

Шкрочастинок Al^Mg^ у сплав! i викликаючих XX процесани В

систе«1. Наблихення при 1зотерн1чнону нагр1ванн! ajamiHitsao -

нагн1евих сплавis, якi ихстять дисперсху Й1 Мд_ фазу, до стану

з а

р!вноваги супроводкуеться зненоеннян к1льк1сного значения параметру нер1вноваженост1 a, по визивае зм^щення максимума кривих щ!ЛЬНОСТ1 розподйлу В.сторону великих pOSHipiB i зменшення cryпен! Хх позитивноХ асияетр iX Скоеф1ц!ента .

4. Визиачено кiль ас icne значения критичного pafliycy системи н1крочастинок fll Мд^. Прим1тне эб1льшення критичного радгусу з часон 1зотерм1чного нагр1вання сплавав супроводхуеться появоао значноХ дол! пхкрочастинок.з характерное високою швидк^стю розчи-нення в матричнШ фаз1 С рвчовини середовища 3. Розрахована доля эростаючих часток С gD збхлыяуегься з часон i затерпiчнагс нагревания сплавis.

3. Залгаснасть к1нетичного параметру В1Д iiimix величии така. Ш ця характеристика розподглу лрн Т = const эб1льшу£ггься з часом укрупнения HiKponacTKHOK, досягав максимума i потin зменоуеться. Експериментальн1 да Hi п1дтвердхують такх Кого HKicHi зн1ни, пророчен! Teopieo.Для сплаву з хромом величина е слабо залехить В1д часу,во зв*язано з вплнвом цього лег¿руючого елененту.

б.Тннчасова эал»жн!сть критичногоСг^э аЁо середньоарифнотич-ного СгЭ poaHipiB ишкрочастинок визначаегься зтноя з часом шзид-KOCTi v^.He icHye просто! часовоХ залезмост! r^Cfi або х i-Ct!>,HKi внкористовуоть в практиц! обробки экспериментальных даних. Ti-nbKi при vfc= const (а • £ = О) нохна одерхати формулу Вагнера

(>•,"• г " Ъ*'* Э. к

7. Шлях еволюцгХ систеии н1крочастинок в!дм1чений законам1рноо змiною з часом характеристик XX трансфорнуючих розподгл1в по розм1рак С a,f,v ,и та хн.Э. 1снуе uapiauifiHHB принцип вибору

k 9

шляху при pyci багатоеленентноХ систеии is нсстайкого стану до

ргвноваги э тенденц1вю установления ст1йкого динамичного ¡снузаннл.

8. Запропонований метод комп'ютерного амал1эу дисперсних систем вахливо доповнюе ножливост! с!Льк1сиоХ неталографИ сплав!в 1 беэпосередньо моя» бути вихсристаний для оснастки ЕОМ, котр! застосовуються до автоматиэованих прилад1о для анал1зу мпроструктурного стану сплав!в.

ОСНОЗНИЯ ЗШСТ ДИСЕРТАЦП ОПУ6Л1КОВАНО У Р060ТАХ

1. В.И. Псарев. А.О. Куликов, Л. А. Пархоменко. Элементы предметной компьютеризации по курсу "визическое материаловедение". - Тезисы докладов I Международной конференции. - Донецк, 1993. с. 223 - 224.

2. В.И. Псарев, Л.А. Пархоменко, А.Ф. Куликов. Дисперсноино-компыотерный анализ микроструктуры сплавов.- Изв. АН России. Металлы, - 1994. N 3. с. 134-162.

3. В.И. Псарев, А.Куликов. Л.А. Пархоменко. Компьютерное материаловедение дисперсно-упрочненных сплавов. - Материалы VI Мяндуиародной научно-технической конференции. - Запорожье. 1993, часть 1, е.- 49.

4 В.И. Псарев, Л.А. Пархоменко. Д.®. Куликов. Дисперсионно-компьютерный анализ изменения микроструктурного состояния при высокотемпературном отпуске хромоникелевой стали. - Материалы VI Международной научно-технической конференции. - Запорожье, 1993, часть 2. с. 96-97.

3. В.И. Псарев, Л.А. Пархоменко, А.Куликов. Системный анализ дисперсно-упрочненных сплавов. - Нээ. АН России. Металлы, -1996, N 3. с. 142-130.

6. В.И. Псареа, Л.А. Пархоменко. Кинетика огрубления и стабилизация остроаковых тонких пленок. - Из», вузов. Физика, -1996. - Дел.

АННОТАЦИЯ

Пархажидо Л. А. КампыотериыЯ анализ дисперсных систем. Диссертация на ооискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.13 - физика металлов, Запо-

- îa -

роаский государственный технический университет. Запорожье,1996.

Запивается диссертация на правах рукописи,которая содержит описание метода дисперсионно-компьютерного анализа инфраструктуры сплавов, связанного □ установлением возможной коррелирующей связи между признаками изменения со временем экспериментальных гистограмм м внутрисистемными процессами, вызывавшими трансформацию распределений микрочастиц по размерам. По своему содержанию он является развитием методов статистической физики, предназначенным для анализа размерных распределений дисперсных фаз дисперсно -упрочненных сплавов.На основе информации,получаемой при обработке данных состояния дисперсной фазы с помощью предлагаемого метода, можно сделать наиболее полное м достоверное заключение о качестве иикроструктурного состояния,фазового состава и ожидаемых свойств дисперсно-упрочненного сплава. Показано влияние температуры и легирования на кинетику укрупнения дисперсных частиц,которая оказывает существенное влияние на разупрочнение металлических сплавов.упрочненных дисперсными фазами.Приведены исследования изменения микроструктурного состояния хромоникелевой стали с помощью предлагаемого метода.Отмечено,что дисперсиоино-конпьютер-ний анализ микроструктурного состояния карбидной фазы может быть полезным при исследовании коррозионно-стойких сталей нартенситного и картенситно- ферритного классов, а также других сплавов, содержащих дисперсные фазы .

SUMMARY

Parkhoacnlca L.A. The computer Analysis disperse systens.

The thesis on the competition of a degree of the candidate of physical-mathematical sciences on a speciality 01.04.13 physics of metals, Zaporozhye State University, Zaporozhye, 1996.

The dissertation on rights of manuseriptori is defended. It contains the description of dispersion—computer analysis method analysis of alloys raicrostructure. The method enables establish possible correlative connection between change attributes experimental histograms in time arid intrasystem processes, which cause transformat ions of microparticles distributions according to their sizes. This method is a development of statistical physics methods and it is used for analysis of size distribution

of microparticles in dispersion—strengthened alloys. On the basis of information obtained from data processing of condition disperse phase with help of above method, it will be possible to wake the most full-fledged and reliable conclusion about quality of microstructural condition of phase composition and expected properties of dispersion-strengthened alloys. The influence of temperature and alloyage on kinetics of integration disperse particleson is shown. It essentially influences the weakening of metal alloys containing disperse phases. The researches of change of microstructural conditions chromonickel steel with the help of the offered method are adduced. It is marked that the dispersion- computer analysis of microstructural condition carbide phase can be useful for research corrosion -proof steels of martensite and rnartensite-ferrite classes, as well as for other alloys, containing disperse phases.

¡Сдвигов! слова:

дисперс^но-хоип'птеркий анализ, дисперсна сисгека, коагуляц1я, naaJ!scusH»in, pearuittHO- i днфузiйно-контрольовний пеханхзн, трансфарилтя розпод1л!П, 1деиткфхкац1я, функцЮнальн! коиенти.