Thermodynamics and kinetics of solids fragmentation at severe plastic deformation

Abstract

Розвинуто підхід нерівноважної еволюційної термодинаміки, який був запропонований раніше. Це допомагає описати процеси дефектоутворення в рамках адіабатичного наближення. Система основних рівнянь залежить від вихідного розподілу дефектів (дислокації і меж зерен). Визначається фазова діаграма із областями реалізації різних видів граничних структур. Досліджено ефект взаємодії декількох дефектів на формування граничної структури з погляду внутрішньої енергії. Знайдено умови формування двох граничних структур. Вони відповідають режиму, в якому існує суміш зерен різних розмірів. Кінетика встановлення стаціонарних значень щільності дефектів досліджується в рамках адіабатичного наближення, при якому зміна щільності дислокацій слідує еволюції щільності меж зерен. Вивчається вплив пружних деформацій на процес встановлення рівноваги у системі. Показано, що розміри зерен в граничних структурах зменшуються зі збільшенням пружних деформацій.

Для описания процессов дефектообразования в рамках адиабатического приближения развивается предложенный ранее подход неравновесной эволюционной термодинамики. Анализируется базовая система уравнений в зависимости от начального распределения значения дефектов (дислокаций и границ зерен). Построена фазовая диаграмма, определяющая области реализации различных типов предельных структур. Исследован эффект взаимодействия нескольких дефектов на формирование предельной структуры с точки зрения внутренней энергии. Найдены условия формирования двух предельных структур, что отвечает режиму, при котором существует смесь зерен различного размера. В рамках адиабатического приближения, при котором изменение плотности дислокаций следует за эволюцией плотности границ зерен, исследована кинетика системы. Установлено, что с увеличением упругих деформаций размер зерен в предельных структурах уменьшается.

The approach of nonequilibrium evolution thermodynamics earlier offered is developed. It helps to describe the processes of defect formation within the adiabatic approximation. The basic equations system depends on the initial defects distribution (dislocations and grain boundaries). The phase diagram is determined with the domains of the realization of different limiting structure types. The interaction effect of several defect types on the formation of a limiting structure is investigated in terms of the internal energy. The conditions of the formation of two limiting structures are found. The kinetics of the steady-state values establishment of the defects density is investigated within the scope of the adiabatic approximation. The dislocations density change follows the evolution of the grain boundaries density in this approach. It is shown that grain sizes, in limiting structures, decrease with an increase of the elastic strains.