Влияние внешних напряжений на тетрагональность мартенсита углеродистых сталей

Автор: Чирков Павел Владимирович, 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.16, 2016 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрена теория упорядочения атомов углерода в кристаллической решетке железа, основанная на идее о неравномерном заполнении октаэдрических междоузлий. Определено, что внешнее напряжение скачкообразно уменьшает параметр порядка и, соответственно, степень тетрагональности решетки. Показано, что вместе с условием экстремума свободной энергии необходимо рассмотрение условия равновесия, совместное численное решение этих уравнений позволяет определить зависимости критического напряжения, при котором параметр порядка уменьшается до нуля, от температуры и концентрации углерода. Нулевая величина параметра порядка означает равномерное распределение атомов углерода по подрешеткам и, следовательно, кубическую решетку. Методом молекулярной динамики с межчастичным потенциалом погруженного атома (ЕАМ) проведено компьютерное моделирование перераспределения атомов углерода по подрешеткам под действием внешнего напряжения. Обнаружено, что при сжатии вдоль оси Oz происходит миграция атомов углерода, в результате чего происходит смена оси тетрагональности и формируется упорядоченное состояние вдоль оси Ox или Oy, причем выбор направления осуществляется случайным образом. С помощью моделирования получены концентрационные и температурные зависимости критического напряжения. Наблюдается удовлетворительное согласие между теоретическими данными и результатами моделирования.

Еще

Мартенситное превращение, железо - углерод, тетрагональность, упорядочение, метод молекулярной динамики

Короткий адрес: https://sciup.org/147156989

IDR: 147156989   |   DOI: 10.14529/met160102

Список литературы Влияние внешних напряжений на тетрагональность мартенсита углеродистых сталей

  • Zener, C. Theory of Strain Interaction of Solute Atoms/C. Zener//Phys. Rev. -1948. -Vol. 74, no. 6. -P. 639-647. DOI: DOI: 10.1103/PhysRev.74.639
  • Штремель, М.А. Кинетика упорядочения растворов внедрения/М.А. Штремель, Ф.Ф. Сатдарова//ФТТ. -1971. -Т. 13, № 4. -С. 1003-1011.
  • Штремель, М.А. Влияние напряжений на порядок в растворах внедрения/М.А. Штремель, Ф.Ф. Сатдарова//ФММ. -1972. -Т. 34, № 4. -С. 699-708.
  • Деформация решетки α-железа при внедрении углерода/М.А. Штремель, Л.М. Капуткина, С.Д. Прокошин, Ю.А. Крупин//ФММ. -1983. -Т. 57, № 6. -С. 1222-1225.
  • Хачатурян, А.Г. Углерод в мартенсите стали. Несовершенство кристаллического строения и мартенситные превращения/А.Г. Хачатурян. -М: Наука, 1972. -238 с.
  • Хачатурян, А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов/А.Г. Хачатурян. -М.: Наука, 1974. -384 с.
  • Штремель, М.А. Прочность сплавов. Ч. II: Деформация: учеб. для вузов/М.А. Штремель. -М.: МИСИС, 1997. -527 с.
  • Курдюмов, Г.В. Кристаллическая решётка мартенсита. Механизм А-М превращения и поведение углерода в мартенсите/Г.В. Курдюмов//ФММ. -1976. -Т. 42, № 3 -С. 527-545.
  • Курдюмов, Г.В. Явления закалки и отпуска ста¬ли/Г.В. Курдюмов. -М.: Металлургиздат, 1960. -64 с.
  • Udyansky, A. Interplay between Long-range Elastic and Short-range Chemical Interactions in Fe-C Martensite Formation/A. Udyansky, J. von Pezold, V. N. Bugaev et al.//Phys. Rev. B. -2009. -Vol. 79. no. 12. -224112. DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.79.224112
  • Lattice-Parameter Variation with Carbon Content of Martensite. II. Long-Wavelength Theory of the Cubic-to-Tetragonal Transition/F. Zhong, X. Liu, J. Zhang et al.//Phys. Rev. B. -1995. -Vol. 52, no. 14. -P. 9979-9987 DOI: 10.1103/PhysRevB.52.9979
  • Чирков, П.В. Тетрагональность и распределение атомов углерода в мартенсите Fe-C на основе молекулярно-динамического моделирования/П.В. Чирков, А.А. Мирзоев, Д.А. Мирзаев//ФММ. -2016. -Т. 117, № 1. -С. 38-45.
  • Plimton, S. Fast Parallel Algorithm for Short Range Molecular Dynamics/S. Plimton//Journal of Computational Physics. -1995. -Vol. 117, no. 1. -P. 1-19 DOI: 10.1006/jcph.1995.1039
  • Lau, T. Many-Body Potential for Point Defect Clusters in Fe-C Alloys/T. Lau, C.J.F. Forst//Phys. Rev. Lett. -2007 -Vol. 98, no. 21. -215501 DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.215501
  • Чирков, П.В. Межчастичный потенциал в системе железо-углерод и проблема мартенситного перехода/П.В. Чирков, А.А. Мирзоев//Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». -2013. -Т. 5, № 1. -С. 114-118.
  • Hoover, W.G. Canonical Dynamics: Equilibrium Phase-Space Distributions/W.G Hoover//Phys. Rev. A. -1985. -Vol. 31, no. 3. -P. 1695-1697 DOI: 10.1103/PhysRevA.31.1695
  • Nose, S. Constant-Temperature Molecular Dynamics/S. Nose//J. Phys.: Condens. Matter. -1990. -Vol. 2 -P. 115-119 DOI: 10.1088/0953-8984/2/S/013
  • Domain, C. Ab initio Study of Foreign Interstitial Atom (C, N) Interactions with Intrinsic Point Defects in α-Fe/C. Domain, C.S. Becquart, J. Foct//Phys. Rev. B. -2004. -Vol. 69, no. 14. -144112 DOI: 10.1103/PhysRevB.69.144112
Еще
Статья научная