Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 10, стр. 1064-1068

Разработка межатомного потенциала системы Fe–Ni и оценка упругих свойств железоникелевого сплава

М. Ю. Семенов 1*, И. П. Королев 1, В. А. Панчо-Рамирес 1

1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
105005 Москва, ул. 2-я Бауманская, 5/1, Россия

* E-mail: Semenov.m.yu@bmstu.ru

Поступила в редакцию 11.01.2022
После доработки 25.04.2022
Принята к публикации 11.05.2022

Аннотация

Разработаны парные межатомные потенциалы γ-Fe, Ni вида Морзе, а также асимметричный парный потенциал взаимодействия атомов Fe и Ni на основе параметров Грюнайзена и энергий сублимации, впервые калиброванных при помощи эмпирических температурных зависимостей модуля сдвига. Впервые для широкого интервала температур от 600 до 1000°С, с возможностью аппроксимации до 1100°С, на основе полученных парных потенциалов в классическом виде Морзе получены расчетные температурные зависимости объемного модуля упругости, которые удовлетворительно сходятся с соответствующими экспериментальными зависимостями для железа, никеля и железоникелевого сплава со структурой ГЦК . Полученные межатомные потенциалы могут быть использованы для анализа энергий активации диффузионных процессов, зарождения вакансий и других эффектов в сплавах системы железо–никель.

Ключевые слова: межатомный потенциал, потенциал Морзе, железо, никель, модель упругости, параметр Грюнайзена

Список литературы

  1. Jones J.E. On the Determination of Molecular Fields. II. From the Equation of State of a Gas // Proc. R. Soc. London, A: Math., Phys. Eng. Sci. 1924. V. 106. № 738. P. 463–477.

  2. Morse P.M. Diatomic Molecules According to the Wave Mechanics. II. Vibrational Levels // Phys. Rev. 1929. V. 34. № 1. P. 57–64.

  3. Рехвиашвили С.Ш., Бухурова М.М., Сокуров А.А. Определение парного взаимодействия атомов по взаимодействию адатома с графеном // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 9. С. 1229–1233.

  4. Horiuchi T., Uzawa H., Igarashi M., Abe F., Mohri T. Determination of Lennard-Jones Type Potential for Fe–Pd Phase // Calphad. 2002. V. 26. № 1. P. 3–14.

  5. Horiuchi T., Igarashi M., Abe F., Mohri T. Phenomenological Calculation of Phase Equilibria in the Fe–Ni System // Calphad. 2002. V. 26. № 4. P. 591–597.

  6. Pettifor D.G. Bonding and Structure of Molecules and Solids. Oxford: Claredon, 1996. 296 p.

  7. Семенов М.Ю., Крапошин В.С., Талис А.Л., Симич-Лафицкий Н.Д. Переброска диагоналей в ромбе – элементарный акт полиморфного превращения. Расчет энергетического порога в металлах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 2(776). С. 8–17.

  8. Pettifor D.G. Electron Theory of Metals / Ed. Cahn R.W. Haasen P. // Physical Metallurgy. Amsterdam: North-Holland, 1996. V. 1. P. 47–133.

  9. Семенов М.Ю., Королев И.П., Арестов В. Построение парных потенциалов Морзе для никеля и кобальта на основе уточнения значений параметра Грюнайзена и атомной сжимаемости // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 7. С. 948–952.

  10. Bonny G., Castin N., Terentyev D. Interatomic Potential for Studying Ageing under Irradiation in Stainless Steels: the FeNiCr Model Alloy // Modelling Simulat Mater. Sci. Eng. 2013. V. 21. № 8. AN 085004.

  11. Wu C., Lee B. J., Su X. Modified Embedded-Atom Interatomic Potential for Fe–Ni, Cr–Ni and Fe–Cr–Ni Systems // Calphad. 2017. V. 57. P. 98–106.

  12. Tong K., Ye F., Gao M., Lei M.K., Zhang C. Interatomic Potential for Fe–Cr–Ni–N System Based on the Second Nearest-Neighbor Modified Embedded-Atom Method // Mol. Simulat. 2016. V. 42(15). P. 1256–1262.

  13. Duyananda M.A. Diffusion in Ternary Alloys //Diffusion in Solid Metals and Alloys / Ed. Mehrer H. // Landolt-Bornstein New Series. V. III (26). Springer-Verlag, 1990. P. 372–436.

  14. Dorogokupets P.I., Dymshits A.M., Litasov K.D., Sokolova T.S. Thermodynamics and Equations of State of Iron to 350 GPa and 6000 K // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 1–11.

  15. Cacciamani G., De Keyzer J., Ferro R., Klotz U.E., Lacaze J., Wollants P. Critical Evaluation of the Fe–Ni, Fe–Ti and Fe–Ni–Ti Alloy Systems // Intermetallics. 2006. V. 14. № 10–11. P. 1312–1325.

  16. Kant A. Dissociation Energies of Diatomic Molecules of the Transition Elements. I. Nickel // J. Chem. Phys. 1964. V. 41. № 6. P. 1872–1876.

  17. Desai P.D. Thermodynamic Properties of Iron and Silicon // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1986. V. 15. № 3. P. 967–983.

  18. Zener C. Theory of D0 for Atomic Diffusion in Metals // J. Appl. Phys. 1951. V. 22. № 4. P. 372–375.

  19. Ledbetter H.M., Reed R.P. Elastic Properties of Metals and Alloys, I. Iron, Nickel, and Iron-Nickel Alloys // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1973. V. 2. № 3. P. 531–618.

  20. Harrison W.A. Elementary Electronic Structure. Singapore: World Scientific,1999. XXI + 819 p.

  21. Koch K.R., Dannecker C. Die Elastizität einiger Metalle und Legierungen bis zu Temperaturen, die ihrem Schmelzpunkt naheliegen // Ann. Phys. 1915. V. 352. № 10. S. 197–226.

  22. Köster W. Die Tenperaturabhängïgkeit des Elastizitätsmoduls reiner Metalle // Z. Metallkd. 1948. V. 39. S. 1–12.

  23. Neuhaus J., Leitner M., Nicolaus K., Petry W., Hennion B., Hiess A. Role of Vibrational Entropy in the Stabilization of the High-Temperature Phases of Iron // Phys. Rev. B. 2014. V. 89. № 18. AN. 184302.

  24. Lindgren L.E., Back J.G. Elastic Properties of Ferrite and Austenite in Low Alloy Steels versus Temperature and Alloying // Materialia. 2019. V. 5. AN. 100193.

  25. Chevenard P., Crussard C. Influence des traitements thermiques et mécaniques sur le coefficient de Poisson des métaux et alliages // C. R. Acad. Sci. 1943. V. 216. P. 685.

Дополнительные материалы отсутствуют.