Модификация кинетической модели Вильсона-Френкеля и атомистическое моделирование скорости плавления/кристаллизации металлов

Abstract

В рамках кинетико-атомистического подхода предложен новый подход к построению температурной зависимости стационарной скорости распространения межфазной границы «твeрдое тело-жидкость» в металлах (алюминий, медь и железо) с различной кристаллографической ориентацией. Рассматриваемый температурный диапазон включает область предельно допустимых значений перегрева/переохлаждения для каждого из металлов. Выполнена существенная модификация известной кинетической модели с диффузионным ограничением Вильсона-Френкеля, которая использовалась для построения функции отклика. Проведено атомистическое моделирование процессов плавления/кристаллизации алюминия, меди и железа в рассматриваемом температурном диапазоне с использованием трех потенциалов взаимодействия семейства потенциалов «погруженного атома». Из сопоставления результатов моделирования с данными модифицированной кинетической модели построена функция отклика скорости интерфейса в области предельно допустимых значений перегрева/переохлаждения в металлах с использованием критерия наименьших квадратов. Использование в расчeтах модифицированной кинетической модели Вильсона-Френкеля существенно увеличивает точность функции отклика в рассматриваемом температурном диапазоне. Полученная температурная зависимость скорости движения межфазной границы является диффузионно-ограниченной и описывается одним и тем же уравнением для каждого металла в рассматриваемом температурном диапазоне.