МОНТЕ-КАРЛО МОДЕЛИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ УГЛЕРОДА В ОЦК-ЖЕЛЕЗЕ

Я. М. Ридный, А. А. Мирзоев, Д. А. Мирзаев

Аннотация


Задача исследования заключалась в проверке предложенных в литературе значений энергии взаимодействия между атомами углерода в ОЦК-железе для различных координационных сфер. Цель работы: рассчитать активность углерода в ОЦК-железе, используя различные параметры взаимодействий между атомами углерода. Методы: для моделирования использовалась самописная программа по Монте-Карло, в которой была рассмотрена суперячейка 20×20×20 элементарных ячеек объёмно-центрированного (ОЦК) железа. Нами была проведена оптимизация, в ходе которой была получена сходимость результата усреднения при 500 шагах Монте-Карло. Расчеты проводили для широкого диапазона температур (Т = 955, 975, 1000, 1026, 1056, 1070, 1086, 1121 К). Результаты: наши расчеты показали, что почти все предложенные параметризации согласуются с экспериментальными данными, поскольку при низких концентрациях атомы углерода практически не взаимодействуют. Чтобы изучить влияние взаимодействия атомов углерода на кривую активности, нам пришлось расширить наши расчеты до области более высоких концентраций, чем наблюдаются на самом деле. Это позволило нам сравнить различные параметризации и получить ряд интересных выводов. Кроме того, мы продемонстрировали возможность воспроизведения экспериментальных кривых активности углерода для нескольких наборов параметров С–С взаимодействия. Новизна работы: мы продемонстрировали, что для расчета активности углерода в ОЦК-железе достаточно вычислить энергии С–С взаимодействия для первых четырех координационных сфер. Практическая значимость заключается в получении новой теоретической информации, необходимой для разработки новых марок сталей и режимов термической обработки их.

Ключевые слова


первопринципное моделирование; ОЦК-железо; активность углерода; Монте-Карло метод

Полный текст:

PDF

Литература


Mogutnov B.M., Tomilin N.A., Shvartsman L.A. [Thermodynamics of Iron-Carbon Alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1972. 328 p. (in Russ.).

Ohtsuka H., Dinh V.A., Ohno T. et. al. First-Principles Calculation of Effects of Carbon on Tetragonality and Magnetic Moment in Fe-C System. ISIJ International, 2015, vol. 55, no. 11, pp. 2483–2491. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-276.

Domain C., Becquart C.S., Foct J. Ab Initio Study of Foreign Interstitial Atom (C, N) Interactions with Intrinsic Point Defects in α-Fe. Physical Review B, 2004, vol. 69, p. 144112. DOI: 10.1103/PhysRevB.69.144112

Barouh C., Schuler T., Fu C. et. al. Interaction Between Vacancies and Interstitial Solutes (C, N, and O) in α-Fe: From Electronic Structure to Thermodynamic. Physical Review B, 2014, vol. 90, p. 054112. DOI: 10.1103/PhysRevB.90.054112

Ruban A. Self-Trapping of Carbon atoms in α-Fe during the Martensitic Transformation: A Qualitative Picture from Ab Initio Calculations. Physical Review B, 2014, vol. 90, p. 144106. DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144106

Ridnyi Ya.M., Mirzoev A.A., Schastlivtsev V.M. et. al. [Ab initio Computer Simulation of Carbon–Carbon Interactions for Various Spacings in BCC and BCT Lattices of Ferrite and Martensite]. Physics of Metals and Metallography, 2018, vol. 119, no. 6, pp. 576–581. DOI: 10.1134/S0031918X18060121

Shiflet G.J., Bradley J.R., Aaronson H.I. A Re-examination of the Thermodynamics of the Proeutectoid Ferrite Transformation in Fe-C Alloys. Metallurgical Transactions A, 1978, vol. 9, no. 7, pp. 999–1008. DOI: 10.1007/BF02649845

Yiwen M., Hsu T.Y. C-C Interaction Energy in Fe-C Alloys. Acta Metallurgica, 1986, vol. 34, no. 2, pp. 325–331. DOI: 10.1016/0001-6160(86)90203-8

McLellan R.B., Ko C. The C-C Interaction Energy in Iron-Carbon Solid Solutions. Acta Metallurgica, 1987, vol. 35, no. 8, pp. 2151–2156. DOI: 10.1016/0001-6160(87)90044-7

Bhadeshia H.K.D.H. Carbon–Carbon Interactions in Iron. Journal of Materials Science, 2004, vol. 39, no. 12, pp. 3949–3955. DOI: 10.1023/B:JMSC.0000031476.21217.fa

Murch G.E., Thorn R.J. Computer Simulation of the Carbon Activity in Austenite. Acta Metallurgica, 1979, vol. 27, iss. 2, pp. 201–204. DOI: 10.1016/0001-6160(79)90097-X

Sozinov A.L., Balanyuk A.G., Gavriljuk V.G. C-C Interaction in Iron-Base Austenite and Interpretation of Mossbauer Spectra. Acta Materelia, 1997, vol. 45, no. 1, pp. 225–232. DOI: 10.1016/S1359-6454(96)00138-3

Gustafson P. A Thermodynamic Evaluation of the C-Fe-W System. Metallurgical and Materials Transactions A, 1987, vol. 18, iss. 2, pp. 259–267. DOI: 10.1007/BF02825699

Ridnyi Ya.M., Mirzoev A.A., Schastlivtsev V.M. et. al. [Interaction Between Carbon Atoms and Activity of Carbon in FCC Iron: Thermodynamic Theories and Computer Simulation]. Physics of Metals and Metallography, 2018, vol. 119, no. 3, pp. 251–257. DOI: 10.1134/S0031918X18030109.

Ridnyi Ya.M., Mirzoev A.A., Mirzaev D.A. [Ab Initio Simulation of Dissolution Energy and Carbon Activity in FCC Fe]. Physics of the Solid State, 2017, vol. 59, no. 7, pp. 1279–1284. DOI: 10.1134/S1063783417070204

Lobo J., Geiger G. Thermodynamics and Solubility of Carbon in Ferrite and Ferritic Fe-Mo Alloys. Metallurgical Transactions A, 1976, vol. 7A, pp. 1347–1357. DOI: 10.1007/BF02658820




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met180403

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share