Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Проведено исследование влияния многокомпонентного легирования элементами Al, Mo, Ni, P, W на упругие свойства сплавов и термодинамическую стабильность системы Fe-xCr-2.3Si. Показано, что значения энтальпии смешения тройных и четырехкомпонентных сплавов существенно ниже значений бинарных Fe-Cr сплавов, максимально стабилизационный эффект имеет алюминий и фосфор. Результаты расчетов упругих характеристик демонстрируют интересную особенность. Кривые С11 и С12 при низких концентрациях хрома имеют минимумы, глубина и его расположение зависят от легирующего элемента, в то время как C44 при низком содержании хрома показывает резкий рост. При концентрациях хрома более 10-12 ат.% значения С11 и С12 начинают увеличиваться, а рост значений C44 уменьшается и кривые выходят на плато. Продемонстрировано, что для невысоких концентраций хрома наблюдается увеличение хрупкости разной степени в зависимости от легирующих компонентов, при увеличении содержании хрома рост останавливается. Наибольший ковалентный вклад наблюдается в Fe-xCr-2.3Si-2.3Al сплавах. Стоит особо отметить сплавы системы Fe-xCr-2.3Si-2.3W, которые имеют максимальную долю металлической связи и демонстрируют самое большое сопротивление осевой деформации и всестороннему сжатию. 2) Проведено первопринципное моделирование точечных дефектов в эквиатомном ОЦК сплаве W-Ta-V-Nb с использованием 128-атомной суперячейки. Были получены энергии образования вакансий на месте атомов разного сорта. Показано, что для вакансий, образованных на месте атома вольфрама, характерно увеличение энергии образования вакансии с увеличением числа атомов вольфрама в первой координационной сфере и уменьшение этой энергии при увеличении числа атомов ниобия в ближайшем окружении. Было исследовано формирование дефектов при внедрении междоузельных атомов различного типа. В этом случае после релаксации ячейки наиболее вероятным является дефект типа «гантель», состоящий из 2 или 3 атомов ванадия. Подобные дефекты из 2 атомов ванадия преимущественно располагаются вдоль направления <110>. Тройные «гантели» с углом поворота в диапазоне 160-180° в основном ориентируются вдоль направления <111>. Исследована устойчивость пар Френкеля при различных взаимных расположениях вакансии и междоузельного атома. Релаксации дефекта, в котором вакансия и междоузельный атом находятся в одной октапоре, характеризуются переходом междоузельного атома на место вакансии без значительных изменений в кристаллической решетке. В случае нахождения междоузельного атома и вакансии за пределами ближайшего окружения друг друга, релаксация решетки приводит к сохранению исходной вакансии и преимущественному образованию «гантели» ванадий-ванадий. 3) Дано определение модулей упругости четвертого порядка поликристаллов (коэффициентов Ламе четвертого порядка) при произвольных давлении и температуре путем разложения свободной энергии Гиббса по инвариантам тензора конечных деформаций Лагранжа. Рассмотрен случай поликристалла с произвольно ориентированными зернами гексагональной симметрии. Получены соотношения, определяющие коэффициенты Ламе четвертого порядка через упругие постоянные четвертого порядка монокристаллических зерен. Коэффициенты Ламе второго, третьего и четвертого порядка поликристаллического магния рассчитаны с использованием имеющихся данных по упругим постоянным монокристалла. 4) Было проведено исследование энтальпии растворения азота и механических свойств ОЦК-сплавов Fe-Cr-N в зависимости от химического и магнитного окружения примеси. Показано, что азоту выгодно занимать октаэдрические поры, в которых два атома хрома находятся на первой координационной сфере примеси. Легирование азотом приводит к уменьшению локальных магнитных моментов на атомах решетки в первой координационной сфере. Продемонстрировано, что средние значения упругих модулей незначительно увеличиваются при легировании азотом сплава Fe-Cr. Проведено сравнение термодинамических, магнитных и упругих свойств в сплавах Fe-Cr-C и Fe-Cr-N. Показано, что азот более чувствителен к типу октапоры, в которую он попадает. В обоих случаях октапора, в которой на первой координационной сфере находятся только атомы хрома, является наиболее энергетически выгодной для растворения примеси. Обнаружено, что в отличии от углерода, энтальпия растворения азота имеет интервал отрицательных значений при определенном окружении примесного атома. Показано, что упругие константы и поликристаллические модули сплава обеих систем практически совпадают и имеют схожие корреляции упругих свойств с химическим и магнитным окружением примеси. 5) Проведено теоретическое исследование термодинамических и упругих свойств неупорядоченных ОЦК W-Re и W-Re-C сплавов с диапазоном изменения концентрации рения от 0 до 25 ат.% и концентрацией углерода 2.3 ат.%. Показано, что в сплаве W-Re при повышении содержания рения до 25 ат.% происходит увеличение значения объемного модуля и незначительное уменьшение величин модулей сдвига и Юнга относительно чистого вольфрама. При увеличении концентрации рения до 12.5 ат. % наблюдается монотонное уменьшение параметра G/B, что свидетельствует об улучшении пластичности. При добавлении углерода происходит образование метастабильного пересыщенного твердого раствора и возникает существенное тетрагональное искажение. Показано, что сплавы W-Re-C являются более термодинамически стабильными по сравнению со сплавом W-C. Существенное влияние на свойства W-Re-C по сравнению с W-Re углерод оказывает в области высоких концентраций рения. Показано, что легирование вольфрама рением и углеродом улучшает пластичность сплавов, сохраняя при этом достаточно высокие значения упругих модулей. 6) По открытым источникам собрана база данных по прочностным свойствам низколегированных сталей для высокотемпературных применений. Данные включают в себя состав стали, термообработку, условия испытаний, кратковременную и длительную прочность сталей. Используя эти данные были обучены модели на основе методов машинного обучения для расчёта прочностных свойств по составу стали, параметрам термообработки и условиям испытаний. Для кратковременных прочностных свойств модель на основе градиентного бустинга имеет следующую среднюю ошибку и среднюю относительную ошибку на отложенных данных: предел текучести: 40.6 МПа и 8.8 %, предел прочности: 47.3 МПа и 8.2 %, максимальное относительное удлинение: 1.93 % и 10.5 %, ударная вязкость: 28.1 Дж/см2 и 23.4 %. Для предела длительной прочности модель на основе метода опорных векторов имеет точность 13.4 МПа и 6.8 %. Результаты моделей были интерпретированы с помощь метода SHAP. Показано, что они не противоречат экспериментальным наблюдениям. Предложены рекомендации по легированию.