Ab initio моделирование межфазной границы феррит/цементит

Ab initio моделирование межфазной границы феррит/цементит

Автор: Верховых Анастасия Владимировна, Окишев Константин Юрьевич, Мирзоев Александр Аминулаевич, Мирзаев Джалал Аминулович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Физическая химия и физика металлургических систем

Статья в выпуске: 1 т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты первопринципного моделирования межфазной границы феррит/цементит с ориентационным соотношением Исайчева. Периодичность и близкое расположение атомов в двух решетках (феррита и цементита) для данного ориентационного соотношения свидетельствует о том, что это поверхность имеет низкую энергию формирования. Построена структурная модель данной межфазной границы. Наилучшее сопряжение решеток обеспечивается, когда на границе находится плоскость (101)ц, состоящая из атомов железа в S-позициях. Суперячейка межфазной границы содержала 64 атома: 56 атомов железа (по 28 в цементитной и ферритной частях) и 8 атомов углерода. Проведено моделирование в рамках теории функционала плотности полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн с учетом обобщенного градиентного приближения в программном пакете WIEN2k. Определены оптимальные параметры моделирования данной системы и проведена объемная оптимизация структуры. Рассчитана энергия формирования межфазной границы феррит/цементит, которая оказалась равна 0,594 Дж/м2, что хорошо согласуется как с теоретическими, так и с экспериментальными данными. Наблюдается хорошая корреляция между значениями магнитного момента и межплоскостным расстоянием для атомов железа на межфазной границе. С уменьшением расстояния магнитный момент на атомах железа уменьшается.

Еще

Первопринципное моделирование, цементит, феррит, межфазная граница

Короткий адрес: https://sciup.org/147157070

IDR: 147157070   |   DOI: 10.14529/met170104

Список литературы Ab initio моделирование межфазной границы феррит/цементит

  • Смирнов M.A., Счастливцев В.M., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. Екатеринбург, УрО РАН, 1999. 496 c.
  • Pickering F.B. Physical Metallurgy and the Design of Steels. Applied Science Publishers, 1978. 275 p.
  • Sorby H.C. On the Application of Very High Powers to the Study of Microscopic Structure of Steel. J. Iron Steel Inst., 1886, vol. 1, pp. 140-147.
  • Graef M.D., Kral M.V., Hillert M. A Modern 3-D View of an Old Pearlite Colony. JOM: Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, 2006, vol. 58, pp. 25-28 DOI: 10.1007/BF02748491
  • Sklyuev P.V., Pertsovskaya E.V. Susceptibility to Hairline Cracks of Heat-Resisting Steels for Pressing and Punching Tools. Metal Science and Heat Treatment, 1970, vol. 12, no. 3, pp. 263-264 DOI: 10.1007/BF00657819
  • Grabke H.J., Riecke E. Absorption and Diffusion of Hydrogen in Steels. Materiali in Tehnologije, 2000, vol. 34, no. 6, pp. 331-343.
  • Lee J.L., Lee J.Y. Hydrogen Trapping in AISI 4340 Steel. Metal Science, 1983, vol. 17, no. 9, pp. 426-432 DOI: 10.1179/030634583790420619
  • Riecke E., Johnen B., Liesegang H., Thoms A., Reynders B., Grabke H.J. Einflüsse von Mo, V, Nb, Ti, Zr und deren Karbiden auf die Korrosion und Wasserstoffaufnahme des Eisens in Schwefelsäure. Werkstoffe und Korrosion, 1988, vol. 39, no. 11, pp. 525-533 DOI: 10.1002/maco.19880391108
  • Wei F.G., Hara T., Tsuzaki K. Precise Determination of the Activation Energy for Desorption of Hydrogen in Two Ti-Added Steels by a Single Thermal-Desorption Spectrum. Metallurgical and Materials Transactions B, 2004, vol. 35, no. 3, pp. 587-597 DOI: 10.1007/s11663-004-0057-x
  • Mirzaev D.A., Mirzoev A.A., Okishev K.Yu., Verkhovykh A.V. Ab initio Modelling of the Interaction of H Interstitials with Grain Boundaries in Bcc Fe. Molecular Physics, 2016, vol. 114, no. 9, pp. 1502-1512 DOI: 10.1080/00268976.2015.1136439
  • Mirzoev A.A., Mirzaev D.A., Verkhovykh A.V. Hydrogen-Vacancy Interactions in Ferromagnetic and Paramagnetic Bcc Iron: Ab initio Calculations. Physica status solidi (b), 2015, vol. 252, no. 9, pp. 1966-1970 DOI: 10.1002/pssb.201451757
  • Mirzaev D.A., Mirzoev A.A., Okishev K.Yu., Verkhovykh A.V. Hydrogen-Vacancy Interaction in Bcc Iron: Ab initio Calculations and Thermodynamics. Molecular Physics, 2014, vol. 112, no. 13, pp. 1745-1754 DOI: 10.1080/00268976.2013.861087
  • Andrews K.W., Dyson D.J., Keown S.R. Interpretation of Electron Diffraction Patterns. Springer US, 1967. 188 p DOI: 10.1007/978-1-4899-6475-5
  • Fasiska E.J., Jeffrey G.A. On the Cementite Structure. Acta Crystallographica, 1965, vol. 19, no. 3, pp. 463-471 DOI: 10.1107/S0365110X65003602
  • Schastlivtsev V.M., Yakovleva I.L., Mirzaev D.A., Okishev K.Yu. On the Possible Positions of Carbon Atoms in the Cementite Lattice. The Physics of Metals and Metallography, 2003, vol. 96, no. 3, pp. 313-320.
  • Andrews K.W. The Structure of Cementite and Its Relation to Ferrite. Acta Metallurgica, 1963, vol. 11, no. 8, pp. 939-946 DOI: 10.1016/0001-6160(63)90063-4
  • Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 236 c.
  • Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: ВО «Наука», 1993. 280 c.
  • Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л. Структура термически обработанной стали. М.: Металлургия, 1994. 288 с.
  • Verkhovykh A.V., Okishev K.Yu., Mirzoev A.A., Mirzaev D.A. Elaboration of Atomic Model for ab initio Calculation of the Ferrite/Cementite Interface//Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Математика. Механика. Физика». 2014, т. 6, № 2. С. 49-55.
  • Эмсли Дж. Элементы: пер. с англ. М.: Мир, 1993. 256 с.
  • Урсаева А.В., Рузанова Г.Е., Мирзоев А.А. Выбор оптимальных параметров для построения максимально точной модели ОЦК-железа//Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». 2010, № 9, вып. 2. С. 97-101.
  • Finnis M.W. The Theory of Metal-Ceramic Interfaces. Journal of Physics: Condensed Matter, 1996, vol. 8, no. 32, pp. 5811-5836 DOI: 10.1088/0953-8984/8/32/003
  • Kramer J.J., Pound G.M., Mehl R.F. The Free Energy of Formation and the Interfacial Enthalpy in Pearlite. Acta Metallurgica, 1958, vol. 6, no. 12, pp. 763-771 DOI: 10.1016/0001-6160(58)90051-8
  • Martin J.W., Doherty R.D., Cantor B. Stability of Microstructure in Metallic Systems. Cambridge University Press, 1997. 427 p.
  • Kirchner H.O.K., Mellor B.G., Chadwick G.A. A Calorimetric Determination of the Interfacial Enthalpy of Cu-In and Cu-Al Lamellar Eutectoids. Acta Metallurgica, 1978, vol. 26, no. 6, pp. 1023-1031 DOI: 10.1016/0001-6160(78)90052-4
  • Li C.Y., Blakely J.M., Feingold A.H. Mass Transport Analysis for Ostwald Ripening and Related Phenomena. Acta Metallurgica, 1966, vol. 14, no. 11, pp. 1397-1402 DOI: 10.1016/0001-6160(66)90159-3
  • Zhang X., Hickel T., Rogal J., Fähler S., Drautz R., Neugebauer J. Structural Transformations Among Austenite, Ferrite and Cementite in Fe-C Alloys: A Unified Theory Based on ab initio Simulations. Acta Materialia, 2015, vol. 99, pp. 281-289 DOI: 10.1016/j.actamat.2015.07.075
  • Ruda M., Farkas D., Garcia G. Atomistic Simulations in the Fe-C System. Computational Materials Science, 2009, vol. 45, no. 2, pp. 550-560 DOI: 10.1016/j.commatsci.2008.11.020
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp