Молекулярно-динамическое моделирование влияния двухосных деформаций на растворимость водорода в ОЦК-железе с использованием ЕАМ-потенциалов

Д. А. Емелин, А. А. Мирзоев

Аннотация


Комплекс негативных воздействий водорода на металл называют водородной деградацией. Процессы водородной деградации существенно зависят от особенностей диффузии и растворимости водорода в конкретных материалах. Многие промышленные изделия при изготовлении сохраняют существенные остаточные напряжения (сварные трубы, сварные швы, несущие балки). В этом случае особую ценность для прогнозирования процессов деградации имеют зависимости растворимости и коэффициента диффузии водорода от температуры образца и напряжений, приложенных к образцу. В этой работе мы приводим результаты тестирования потенциалов Картер на воспроизведение основных энергетических характеристик, хорошо изученных методами первопринципного моделирования, а именно: энергии растворения водорода и величины диффузионных барьеров. После этого приводятся результаты исследования зависимости энергии растворения атомов водорода от величины двухосной деформации. Особый интерес представляет вопрос о воспроизведении потенциалом Картер перескока водорода из тетраэдрических пор в октаэдрические поры ОЦК-железа под действием двухосных деформаций. Результаты моделирования сопоставляются с аналогичными результатами, представленными в соответствующих статьях и хорошо согласуются с результатами расчета из первых принципов. Потенциал B воспроизводит переход водорода из тетрапор в октапоры под действием двухосных напряжений.


Ключевые слова


молекулярная динамика; энергия растворения водорода; ОЦК-железо

Полный текст:

PDF

Литература


Archakov Yu.I. Vodorodnaya korroziya stali (Hydrogen Corrosion of Steel). Moscow, Metallurgiya Publ., 1985. 192 p.

Hydrogen Embrittlement of Metals]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1985. 218 p.

Gaseous Hydrogen Embrittlement of Materials in Energy Technologies. Vol. 1. The Problem, Its Characterisation and Effects on Particular Alloy Classes. Somerday B.P., Gangloff R.P. (Eds.). Philadelphia, Woodhead Publishing Ltd., 2012. 500 p. DOI: 10.1533/9780857095374

Gaseous Hydrogen Embrittlement of Materials in Energy Technologies. Vol. 2. Mechanisms, Modelling and Future Developments. Somerday B.P., Gangloff R.P. (Eds.). Philadelphia, Woodhead Publishing Ltd., 2012. 840 p. DOI: 10.1533/9780857093899

Fukai Y. The Metal–Hydrogen System. Berlin et al., Springer Verlag, 2005. 500 p.

Kiuchi K., McLellan R.B. The Solubility and Diffusivity of Hydrogen in Well-Annealed and Deformed Iron. Acta Metallurgica, 1983, vol. 31, no. 7, pp. 961–984. DOI: 10.1016/0001-6160(83)90192-X

Fujita F.E. The Role of Hydrogen in the Fracture of Iron and Steel. Trans. Japan Inst. Metals, 1976, vol. 17, pp. 232–238. DOI: 10.2320/matertrans1960.17.232

Panasyuk V.V., Andreikiv A.E., Kharin V.S. A Model of Crack Growth in Deformed Metals under the Action of Hydrogen. Materials Science, 1987, vol. 23, no. 2, pp. 111–124. DOI: 10.1007/BF00718130

Tkachov V.I. Mechanism of Reversible Effect of Hydrogen on Mechanical Properties of Steel. Materials Science, 1999, vol. 35, no. 4, pp. 477–484. DOI: 10.1007/BF02365744

Zhou H.B., Jin S., Zhang Y., Lu G.H., Liu F. Anisotropic Strain Enhanced Hydrogen Solubility in bcc Metals: The Independence on the Sign of Strain. Physical Review Letters, 2012, vol. 109, no. 13, 135502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.135502

Ramasubramaniam A., Itakura M., Carter E.A. Interatomic Potentials for Hydrogen in α-Iron Based on Density Functional Theory. Physical Review B, 2009, vol. 79, no. 17, 174101. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.174101

Paxton A.T., Elsasser C. Electronic Structure and Total Energy of Interstitial Hydrogen in Iron: Tight-Binding Models. Physical Review B, 2010, vol. 82, no. 23, 235125. DOI: 10.1103/PhysRevB.82.235125

Hayward E., Fu C.C. Interplay Between Hydrogen and Vacancies in α-Fe. Physical Review B, 2013, vol. 87, no. 17, 174103. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.174103

Plimpton S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics. Journal of Computational Physics, 1995, vol. 117, pp. 1–19. DOI: 10.1006/jcph.1995.1039

Jiang D.E., Carter E.A. Diffusion of Interstitial Hydrogen into and Through bcc Fe from First Principles. Physical Review B, 2004, vol. 70, no. 6, 064102. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.064102

Hirth J.P. Effects of Hydrogen on the Pro¬perties of Iron and Steel. Metallurgical Transactions A, 1980, vol. 11, no. 6, pp. 861–890. DOI: 10.1007/BF02654700




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met160206

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share