Взаимодействие растворенных в железе атомов С, Н, Р, ответственных за прочность и охрупчивание превращенного аустенита сплавов железа, с легирующими элементами замещения и границами зерен: квантовое атомистическое и термодинамическое моделирование

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10252

НазваниеВзаимодействие растворенных в железе атомов С, Н, Р, ответственных за прочность и охрупчивание превращенного аустенита сплавов железа, с легирующими элементами замещения и границами зерен: квантовое атомистическое и термодинамическое моделирование

Руководитель Мирзаев Джалал Аминулович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" , Челябинская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций

Ключевые слова стали и сплавы, фазовые превращения, сегрегации, границы зерен, межфазные границы, легирующие примеси, электронная структура, первопринципные расчеты, молекулярная динамика, Монте-Карло моделирование

Код ГРНТИ29.19.11

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Прогресс современных технологий во многом связан с усовершенствованием свойств известных конструкционных поликристаллических сплавов на основе железа, основанном на детальном контроле их химического состава и микроструктурного состояния. Ключевым и , к сожалению, наименее исследованным аспектом структуры данных материалов являются границы раздела (межфазные или межзеренные). Разориентировка решеточных плоскостей на границах раздела приводит к снижению их адгезии по сравнению с объемом кристалла. Кроме того, изменение энергетических состояний на границах приводит к эффекту взаимодействия границы с атомами примесей и легирующих добавок. В результате указанные атомы адсорбируются на границах , в результате чего химический состав пограничной области может существенно отличаться от состава сплава или стали. Этот эффект существенно изменяет свойства материала, приводя к потере его прочности, пластичности, коррозионной стойкости и т.п. Все указанные выше процессы граничной адсорбции и сегрегации, кластеризации и образования микрочастиц выделений при термической обработке сплавов и сталей является довольно скрытыми, с трудом поддающимся экспериментальному изучению. Тем не менее, они играют определяющую роль в формировании микроструктурного уровня сталей, определяющего большое число важнейших прочностных характеристик конструкционных материалов. В этом случае особое значение приобретают закономерности, действующие на атомном уровне. Поэтому для выяснения интересующих нас механизмов, необходим переход на микроскопический уровень описания, последовательно учитывающий электронную структуру и особенности межатомного взаимодействия. Современные методы квантового компьютерного моделирования, основанные на теории функционала электронной (и спиновой) плотности (DFT), которые будут использованы при выполнении настоящего проекта обеспечивают надежную основу для подобных исследований и позволят получить надежные оценки всем важнейшим энергетическим характеристикам указанных процессов. Актуальность исследования связана с возрастающей потребностью создания компьютерных инженерных автоматизированных систем выбора состава и режима термообработки сталей, основанных на статистико-термодинамическом описании фазовых диаграмм и кинетики превращений. Для разработки подобных систем необходимы надежные значения ряда термодинамических характеристик, которые с большой погрешностью определяются существующими экспериментальными методами, в том числе энергии взаимодействия легирующих элементов с остаточными примесями и границами. Образец построения подобных программ будет дан на примере программы разработки хромистых чугунов. Новизна проекта связана как с постановкой задачи, так и с применением самых современных методов многомасштабного компьютерного моделирования для ее решения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чирков П.В., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Role of stresses and temperature in the Z ordering of carbon atoms in the martensite lattice The Physics of Metals and Metallography, 2016, vol. 117, no. 11, pp. 1138-1143 (год публикации - 2016)
10.1134/S0031918X16110041

2. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Влияние энергий взаимодействия между атомами углерода в ГЦК-железе на концентрационную зависимость активности углерода Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2016, т. 16, № 3, с. 24–31 (год публикации - 2016)
10.14529/met160304

3. Емелин Д.А., Мирзоев А.А. Молекулярно-динамическое моделирование влияния двухосных деформаций на растворимость водорода в ОЦК-железе с использованием EAM-потенциалов Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2016, т. 16, № 2, с. 40–45 (год публикации - 2016)
10.14529/met160206

4. Чирков П.В., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Tetragonality and the Distribution of Carbon Atoms in the Fe–C Martensite The Physics of Metals and Metallography, 2016, vol. 117, no. 1, pp. 34–41 (год публикации - 2016)
10.1134/S0031918X1601004X

5. Д. А. Мирзаев, А. А. Мирзоев, И. В. Булдашев, К. Ю. Окишев Термодинамический анализ возникновения тетрагонального бейнита в сталях Физика металлов и металловедение (год публикации - 2017)

6. Верховых А.В., Окишев К.Ю., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-Fe Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2016, т. 16, № 3, с. 32–38 (год публикации - 2016)
10.14529/met160305

7. Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А, Ракитин М.С Влияние легирования на термодинамические характеристики водорода в ОЦК железе Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия „Металлургия“, 2016, № 4, т.16, с. 40-53 (год публикации - 2016)

8. Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А., Дунаев А.С. Термодинамический стимул мартенситного превращения в сплавах Fe–C Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2016, т. 16, № 3, с. 18–23 (год публикации - 2016)
10.14529/met160303

9. Соболев А., Булдашев И., Мирзоев А. Obtaining norm-conserving potentials for metal simulations using machine learning Abstracts of 16th International Conference on Liquid and Amorphous Metals, Bonn, Germany, September 04-09, 2016. Learning Institute of Materials Physics in Space, German Aerospace Center, p.75 (год публикации - 2016)

10. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Определение оптимальных параметров моделирования для максимально точных расчётов энергий в ОЦК-железе Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Математика. Механика. Физика», 2016, т. 8, № 4, с. 63–69 (год публикации - 2016)
10.14529/mmph160408

11. Мирзаев Д.А., Окишев К.Ю., Яковлева И.Л. Рентгенографическое исследование дефектов упаковки и двойников в сплавах железа и цементите Fe3C Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2016, т. 16, № 2, с. 55–62 (год публикации - 2016)
10.14529/met160208

12. Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Мирзаев Д.А., Окишев К.Ю. Превращение аустенита в Cr-Mn-Si стали при изотермических условиях Тезисы IX международной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов"-2016 памяти академика Курдюмова Г.В., с. 48 (год публикации - 2016)

13. Верховых А.В., Мирзоев А.А. Компьютерное моделирование взаимодействия водорода с межфазной границей феррит-цементит в программном пакете WIEN2K Компьютерное моделирование физико-химических свойств стёкол и расплавов. Труды XIII Российского семинара, с. 16-17 (год публикации - 2016)

Публикации

1. Н.А. Терещенко, И.Л. Яковлева, Д.А. Мирзаев, И.В. Булдашев Образование бескарбидного бейнита в высокоуглеродистой кремнистой стали при изотермических условиях Письма в журнал технической физики, том 43, вып. 24, стр. 9-16 (год публикации - 2017)
10.21883/PJTF.2017.24.45335.16908

2. Я.М. Ридный, А.А. Мирзоев, Д.А. Мирзаев ПРИМЕСИ КРЕМНИЯ В ОЦК-ЖЕЛЕЗЕ: AB-INITIO МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия» (год публикации - 2017)
10.14529/met170306

3. Д.А. Мирзаев, А.А. Мирзоев, И.В. Булдашев, К.Ю. Окишев ХИМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ТЕТРАГОНАЛЬНОГО ФЕРРИТА И ЕГО РАВНОВЕСИЕ С γ-ФАЗОЙ В СТАЛЯХ Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика», Том: 9, Номер: 4, Страницы: 66-75 (год публикации - 2017)
10.14529/mmph170409

4. Ракитин М.С., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Первопринципное и термодинамическое моделирование влияния упругих напряжений на энергию растворения водорода в альфа- железе ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ФИЗИКА (год публикации - 2017)

5. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. AB INITIO КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ FE-SI-C Сборник статей. VII Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, 2017, с.874-875 (год публикации - 2017)

6. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Ab Initio Simulation of Dissolution Energy and Carbon Activity in fcc Fe PHYSICS OF THE SOLID STATE, Volume: 59 Issue: 7 Pages: 1279-1284 (год публикации - 2017)
10.1134/S1063783417070204

7. Ридный Я. М. , Мирзоев А. А. , Счастливцев В.М., Мирзаев Д. А. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ АТОМАМИ УГЛЕРОДА И АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДА В ГЦК-ЖЕЛЕЗЕ: ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ The Physics of Metals and Metallography (год публикации - 2018)

8. Мирзоев А.А., Верховых А.В., Окишев К.Ю., Мирзаев Д.А. Hydrogen interaction with ferrite/cementite interface: ab initio calculations and thermodynamics Journal Molecular Physics, Published online (год публикации - 2017)
10.1080/00268976.2017.1406161

9. Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А., Созыкин С.А., Воробьева А.С. ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТОЧЕК СТАЛИ 13Х11Н2В2МФ ВЕСТНИК ЮЖНО-УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: МАТЕМАТИКА. МЕХАНИКА. ФИЗИКА, Том: 9 Номер: 3 Страницы: 66-71 (год публикации - 2017)
10.14529/mmph170309

10. Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А., Булдашев И.В., Окишев К.Ю. Thermodynamic analysis of the formation of tetragonal bainite in steels PHYSICS OF METALS AND METALLOGRAPHY, Volume: 118 Issue: 6 Pages: 517-523 (год публикации - 2017)
10.1134/S0031918X17060060

11. Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А., Булдашев И.В., Окишев К.Ю. МЕТАСТАБИЛЬНОЕ РАВНОВЕСИЕ ТЕТРАГОНАЛЬНОГО БЕЙНИТНОГО ФЕРРИТА И АУСТЕНИТА СТАЛЕЙ С БЕСКАРБИДНЫМ БЕЙНИТОМ Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, Т. 15. № 1. С. 27-36 (год публикации - 2017)
10.18503/1995-2732-2017-15-1-27-36

12. Верховых А.В., Окишев К.Ю., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. AB INITIO МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ ФЕРРИТ/ЦЕМЕНТИТ ВЕСТНИК ЮЖНО-УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: МЕТАЛЛУРГИЯ, Том: 17Номер: 1 Страницы: 35-43 (год публикации - 2017)
10.14529/met170104

13. Соболев А.Н., Старухин В.А., Булдашев И.В. New potentials for multiscale simulations of liquid metals EPJ Web of Conferences, V. 151, #05004 (год публикации - 2017)
10.1051/epjconf/201715105004

Публикации

1. Мирзоев А.А., Верховых А.В., Окишев К.Ю, Мирзаев Д.А. Hydrogen interaction with ferrite/cementite interface: Ab initio calculations and thermodynamics MOLECULAR PHYSICS, Том: 116, Номер: 4, Страницы: 482-490 (год публикации - 2018)
10.1080/00268976.2017.1406161

2. Чирков П.В., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Molecular-Dynamics Simulation of the Influence of Silicon on the Ordering of Carbon in the Martensite Lattice TECHNICAL PHYSICS LETTERS, Volume: 44 Issue: 2 Pages: 90-93 (год публикации - 2018)
10.1134/S1063785018020050

3. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А. Interaction between Carbon Atoms and Carbon Activity in fcc Iron: Thermodynamic Theories and Computer Simulation PHYSICS OF METALS AND METALLOGRAPHY, Volume: 119 Issue: 3 Pages: 251-257 (год публикации - 2018)
10.1134/S0031918X18030109

4. Ракитин М.С., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. First-Principles and Thermodynamic Simulation of ElastiN Stress Effect on Energy of Hydrogen Dissolution in Alpha Iron RUSSIAN PHYSICS JOURNAL, Volume: 60 Issue: 12 Pages: 2136-2143 (год публикации - 2018)
10.1007/s11182-018-1337-2

5. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Computer Simulation of Energy Parameters and Magnetic Effects in Fe-Si-C Ternary Alloys RUSSIAN PHYSICS JOURNAL, Volume: 61 Issue: 2 Pages: 242-247 (год публикации - 2018)
10.1007/s11182-018-1392-8

6. Ридный Я.М., Мирзоев А.А., Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А. 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, Volume: 119 Issue: 6 Pages: 576-581 (год публикации - 2018)
10.1134/S0031918X18060121

7. Чирков П.В., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. Carbon Ordering in Martensite Lattice Under External Stress: Thermodynamic Theory and Molecular Dynamics Simulation Physica Status Solidi (B) Basic Research, Volume 255, Issue 7, Article number 1700665 (год публикации - 2018)
10.1002/pssb.201700665

8. А.В. Верховых, А.А. Мирзоев, Д.А. Мирзаев Ab initio моделирование влияния кремния на образование карбида Fe3C в ОЦК-железе Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика, Том 10, № 4, стр. 78-87 (год публикации - 2018)
10.14529/mmph180409

9. РИДНЫЙ Я.М., МИРЗОЕВ А.А. АКТИВНОСТЬ И РАСТВОРИМОСТИ УГЛЕРОДА В ГЦК-ЖЕЛЕЗЕ: СОПОСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ПЕРВОПРИНЦИПНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАУКА ЮУРГУ Материалы 70-й научной конференции. Министерство образования и науки Российской Федерации; Южно-Уральский государственный университет, стр.80-86 (год публикации - 2018)

10. Д.А. Мирзаев, А.А. Мирзоев, И.В. Булдашев, К.Ю. Окишев Метастабильное равновесие между кубическим и тетрагональным ферритом в сплавах Fe–C при условии запрета на образование карбидов ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, т.119 № 12 (год публикации - 2018)

11. РИДНЫЙ Я. М., МИРЗОЕВ А. А., МИРЗАЕВ Д. А. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И МАГНИТНЫХ ЭФФЕКТОВ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ FE-SI-C ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ФИЗИКА, Том: 61Номер: 2 Год: 2018 Страницы: 34-38 (год публикации - 2018)

12. Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Булдашев И.В., Мирзоев А.А. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ, СТРУКТУРНЫЕ И КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ БЕСКАРБИДНОГО БЕЙНИТА В МАРГАНЕЦ-КРЕМНИСТЫХ СТАЛЯХ ВЕСТНИК МАГНИТОГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. Г.И. НОСОВА, Том: 16 Номер: 1 Год: 2018 Страницы: 26-36 (год публикации - 2018)
10.18503/1995-2732-2018-16-1-26-36

13. И. Л. Яковлеваa , Н. А. Терещенкоa, Д. А. Мирзаев , И. В. Булдашев СТРУКТУРНЫЙ АСПЕКТ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО БЕЙНИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРГАНЕЦ-КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, том 119, № 10, с. 1012–1017 (год публикации - 2018)
10.1134/S0015323018100145

14. ТЕРЕЩЕНКО Н.А., ЯКОВЛЕВА И.Л., МИРЗАЕВ Д.А., БУЛДАШЕВ И.В. Features of Isothermal Formation of Carbide-Free Bainite in High-Carbon Manganese-Silicon Steel THE PHYSICS OF METALS AND METALLOGRAPHY, Том: 119 Номер: 6 Год: 2018 Страницы: 569-575 (год публикации - 2018)
10.7868/S0015323018060098

15. П.В. Чирков, А.А. Мирзоев, Д.А. Мирзаев МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА ПРИ ОТПУСКЕ МАРТЕНСИТА FE-C Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика (год публикации - 2019)

16. Верховых А.В.,Мирзоев А.А.,Мирзаев Д.А. Interaction of Phosphorus with Impurity Atoms in BCC Iron Solid State Phenomena, Vol. 284, pp 627-633 (год публикации - 2018)
10.4028/www.scientific.net/SSP.284.627