Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Влияние примесей углерода и кислорода на скорость миграции границ наклона <110> в аустените

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-106-112

Полный текст:

Аннотация

Методом молекулярной динамики проведено исследование влияния примесных атомов углерода и кислорода на скорость миграции границ наклона с осью разориентации <110> в γ-железе, имеющем ГЦК кристаллическую решетку. Получены зависимости энергии рассматриваемых границ и скорости их миграции при температуре 1600 К от угла разориентации. Скорость миграции границ наклона <110> при тех же условиях оказалась на порядок ниже скорости миграции границ <111> и <100>, что, в первую очередь, обусловлено сравнительно низкой энергией границ <110>. Кроме того, малоугловые границы наклона <110> являются уникальными по сравнению с другими границами наклона: зернограничные дислокации в них представляют собой обычные полные краевые дислокации с ровными ядрами, не содержащими периодически расположенных на них изломов, как в границах <111> и <100>. Введение примесных атомов углерода и кислорода приводит к значительному снижению скорости миграции границ зерен. Для примесных атомов углерода и кислорода рассчитаны энергии связи с зернограничными дислокациями в аустените. Полученные значения хорошо коррелируют с зависимостями скорости миграции границ <110> от концентрации примесей. Влияние примесей на миграцию границ в аустените оказалось сильнее, чем в изученных ранее никеле и тем более в серебре, что объясняется сравнительно низким значением электроотрицательности атомов железа по сравнению с никелем и серебром. Более высокое значение энергии связи с дислокациями в аустените и, соответственно, большее влияние на скорость миграции границ зерен были получены для атомов углерода.

Об авторах

И. В. Зоря
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Ирина Васильевна Зоря, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения, водоотведения и вентиляции

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Г. М. Полетаев
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

Геннадий Михайлович Полетаев, д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования

656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 46



Р. Ю. Ракитин
Алтайский государственный университет
Россия

Роман Юрьевич Ракитин, к.ф.-м.н., доцент, директор колледжа 

656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Комсомольский, 100



Список литературы

1. Gottstein G., Shvindlerman L.S. Grain Boundary Migration in Metals: Thermodynamics, Kinetics, Applications. 2nd Ed. Boca Raton: CRC Press, 2009. 711 p.

2. Balluffi R.W., Cahn J.W. Mechanism for diffusion induced grain boundary migration // Acta Metallurgica. 1981. Vol. 29. No. 3. P. 493–500. https://doi.org/10.1016/0001-6160(81)90073-0

3. Winning M., Rollett A.D., Gottstein G., Srolovitz D.J., Lim A., Shvindlerman L.S. Mobility of low­angle grain boundaries in pure metals // Philosophical Magazine. 2010. Vol. 90. No. 22. P. 3107–3128. https://doi.org/10.1080/14786435.2010.481272

4. Huang Y., Humphreys F.J. Measurements of grain boundary mobility during recrystallization of a single­phase aluminium alloy // Acta Materialia. 1999. Vol. 47. No. 7. P. 2259–2268. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00062-2

5. Huang Y., Humphreys F.J. The effect of solutes on grain boundary mobility during recrystallization and grain growth in some singlephase aluminium alloys // Materials Chemistry and Physics. 2012. Vol. 132. No.1. P. 166–174. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.11.018

6. Poletaev G., Zorya I., Rakitin R. Molecular dynamics study of migration mechanism of triple junctions of tilt boundaries in fcc metals // Computational Materials Science. 2018. Vol. 148. P. 184–189. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.02.047

7. Poletaev G.M., Zorya I.V., Starostenkov M.D., Rakitin R.Yu., Tabakov P.Ya. Molecular dynamics simulation of the migration of tilt grain boundaries in Ni and Ni3Al // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2019. Vol. 128. No. 1. P. 88–93. https://doi.org/10.1134/S1063776118120087

8. Goldschmidt H.J. Interstitial Alloys. London: Butterworths, 1967. 640 p.

9. Аверин В.В., Ревякин А.В., Федорченко В.И. Азот в металлах. М.: Металлургия, 1976. 224 с.

10. De Castro C.L., Mitchell B.S. Crystal growth kinetics of nanocrystalline aluminum prepared by mechanical attrition in nylon media // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 396. No. 1­2. P. 124–128. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.01.008

11. Iwanciw J., Podorska D., Wypartowicz J. Simulation of oxygen and nitrogen removal from steel by means of titanium and aluminum // Archives of Metallurgy and Materials. 2011. Vol. 56. No. 3. P. 635–644. https://doi.org/10.2478/v10172-011-0069-x

12. Lücke K., Detert K. A quantitative theory of grain­boundary motion and recrystallization in metals in the presence of impurities // Acta Metallurgica. 1957. Vol. 5. No. 11. P. 628–637. https://doi.org/10.1016/0001-6160(57)90109-8

13. Sursaeva V., Zieba P. Diffusion impurity drag of twin grain boundaries and triple junctions motion in zinc // Defect and Diffusion Forum. 2005. Vol. 237­240. P. 578–583. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.237-240.578

14. Veiga R.G.A., Goldenstein H., Perez M., Becquart C.S. Monte Carlo and molecular dynamics simulations of screw dislocation locking by Cottrell atmospheres in low carbon Fe–C alloys // Scripta Materialia. 2015. Vol. 108. P. 19–22. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.06.012

15. Карькина Л.Е., Карькин И.Н., Яковлева И.Л., Зубкова Т.А. Моделирование диффузии углерода вблизи дислокации b/2[010](001) в цементите // Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. № 2. С. 172–178. https://doi.org/10.7868/S0015323013020095

16. Atrens A. Dependence of the pinning point dislocation interaction energy on the dislocation structure in zirconium oxygen alloys // Scripta Metallurgica. 1974. Vol. 8. No. 4. P. 401–412. https://doi.org/10.1016/0036-9748(74)90146-X

17. Poletaev G.M., Zorya I.V., Rakitin R.Y., Iliina M.A., Starostenkov M.D. Effect of carbon and oxygen impurity atoms on the migration rate of tilt boundaries in fcc metals: A molecular dynamics simulation // Letters on Materials. 2019. Vol. 9. No. 4. P. 391–394. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-391-394

18. Li J., Dillon S.J., Rohrer G.S. Relative grain boundary area and energy distributions in nickel // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. No. 14. P. 4304–4311. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.06.004

19. Ratanaphan S., Olmsted D.L., Bulatov V.V., Holm E.A., Rollett A.D., Rohrer G.S. Grain boundary energies in body­centered cubic metals // Acta Materialia. 2015. Vol. 88. P. 346–354. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.01.069

20. Olmsted D.L., Foiles S.M., Holm E.A. Survey of computed grain boundary properties in face­centered cubic metals: I. Grain boundary energy // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. No. 13. P. 3694–3703. http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2009.04.007

21. Bulatov V.V., Reed B.W., Kumar M. Grain boundary energy function for fcc metals // Acta Materialia. 2014. Vol. 65. P. 161–175. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.10.057

22. Tschopp M.A., Coleman Sh.P., McDowell D.L. Symmetric and asymmetric tilt grain boundary structure and energy in Cu and Al (and transferability to other fcc metals) // Integrating Materials and Manufacturing Innovation. 2015. Vol. 4. P. 176–189. https://doi.org/10.1186/s40192-015-0040-1

23. Malyar N.V., Grabowski B., Dehm G., Kirchlechner C. Dislocation slip transmission through a coherent Σ3{111} copper twin boundary: strain rate sensitivity, activation volume and strength distribution function // Acta Materialia. 2018. Vol. 161. P. 412–419. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.09.045

24. Liang Y., Yang X., Gong M., Liu G., Liu Q., Wang J. Interactions between dislocations and three­dimensional annealing twins in face centered cubic metals // Computational Materials Science. 2019. Vol. 161. P. 371–378. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.02.024

25. Протасова С.Г., Сурсаева В.Г., Швиндлерман Л.С. Исследование движения индивидуальных тройных стыков в алюминии // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 8. С. 1402–1405.

26. Lau T.T., Forst C.J., Lin X., Gale J.D., Yip S., Van Vliet K.J. Manybody potential for point defect clusters in Fe–C alloys // Physical Review Letters. 2007. Vol. 98. Article 215501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.215501

27. Oila A., Bull S.J. Atomistic simulation of Fe–C austenite // Computational Materials Science. 2009. Vol. 45. No. 2. P. 235–239. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.09.013

28. Poletaev G.M., Zorya I.V., Rakitin R.Y., Iliina M.A. Interatomic potentials for describing impurity atoms of light elements in fcc metals // Materials Physics and Mechanics. 2019. Vol. 42. No. 4. P. 380–388. http://dx.doi.org/10.18720/MPM.4242019_2

29. Poletaev G.M., Novoselova D.V., Zorya I.V., Starostenkov M.D. Formation of the excess free volume in triple junctions during nickel crystallization // Physics of the Solid State. 2018. Vol. 60. No. 5. P. 847–851. https://doi.org/10.1134/S1063783418050244

30. Poletaev G.M., Zorya I.V. Influence of light impurities on the crystal­melt interface velocity in Ni and Ag. Molecular dynamics simulation // Technical Physics Letters. 2020. Vol. 46. No. 6. P. 575–578. http://dx.doi.org/10.1134/S1063785020060231

31. Ruda M., Farkas D., Garcia G. Atomistic simulations in the Fe–C system // Computational Materials Science. 2009. Vol. 45. No. 2. P. 550–560. http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.11.020

32. Vashishta P., Kalia R.K., Nakano A., Rino J.P. Interaction potentials for alumina and molecular dynamics simulations of amorphous and liquid alumina // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 103. Article 083504. https://doi.org/10.1063/1.2901171


Рецензия

Для цитирования:


Зоря И.В., Полетаев Г.М., Ракитин Р.Ю. Влияние примесей углерода и кислорода на скорость миграции границ наклона <110> в аустените. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2022;65(2):106-112. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-106-112

For citation:


Zorya I.V., Poletaev G.M., Rakitin R.Yu. Influence of carbon and oxygen impurities on the migration rate of <110> tilt boundaries in austenite. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(2):106-112. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-106-112

Просмотров: 73


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)