Статья 9316

Название статьи

ПЕРВИЧНОЕ РАДИАЦИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ БИНАРНОГО СПЛАВА Zr-Nb:
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ

Авторы

Капустин Павел Евгеньевич, аспирант, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), kapustinpe91@gmail.com
Светухин Вячеслав Викторович, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), slava@sv.uven.ru
Тихончев Михаил Юрьевич, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории компьютерного моделирования неорганических материалов, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), tikhonchev@sv.ulsu.ru

Индекс УДК

544.022.342, 544.022.344.2

DOI 

10.21685/2072-3040-2016-3-9

Аннотация

Актуальность и цели. В работе рассматривается распределение атомов ниобия по междоузельным конфигурациям после прохождения каскада атомных смещений с энергией первично выбитого атома (ПВА) 10 кэВ в бинарном сплаве Zr–1 % Nb и Zr–2 % Nb при температурах модельного кристаллита 0, 300 и 600 К. Рассмотрены 8 конфигураций междоузельного атома в ГПУ-цирконии, в которые был внедрен атом ниобия.
Материалы и методы. В работе рассматриваются два бинарных сплава Zr–1 % Nb и Zr–2 % Nb с ГПУ-решеткой. Компьютерное моделирование осуществлялось с помощью метода молекулярной динамики с применением мно- готельного потенциала межатомного взаимодействия.
Результаты. Получены численные значения энергии формирования внедренного атома ниобия при 0 К, а также энергии связи. Произведен анализ распределения атомов ниобия по одиночным междоузлиям, димерам и междоузельным кластерам, размер которых составлял не менее 3 дефектов.
Выводы. Установлено наличие конфигураций СМА с высокой положительной энергией связи. Изменение температуры модельного кристаллита, атомарной доли ниобия, выбор потенциала межатомного взаимодействия оказывают влияние на распределение ниобия по междоузельным конфигурациям.

Ключевые слова

цирконий, цирконий-ниобий, метод молекулярной динамики, междоузлия, каскады атомных смещений.

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Тихончев, М. Ю. Расчетное определение пороговых энергий смещения и исследования особенностей развития каскадов атомных смещений вблизи протяженной границы раздела фаз циркония и ниобия: молекулярно-динамическое моделирование / М. Ю. Тихончев, В. В. Светухин // Вопросы материаловедения. – 2011. – Т. 68, № 4. – С. 140–152.
2. Микроструктура и формоизменение циркониевых сплавов / В. Н. Шишов, В. А. Маркелов, А. В. Никулина, В. В. Новиков, М. М. Перегуд, А. Е. Новоселов, Г. П. Кобылянский, З. Е. Островский, А. В. Обухов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. – 2006. – Т. 67, № 2. – С. 313–328.
3. Influence of Structure–phase State of Nb Containing Zr Alloys on Irradiation Induced Growth / V. N. Shishov, M. M. Peregud, A. V. Nikulina, Yu. V. Pimenov, G. P. Kobylyansky, A. E. Novoselov, Z. E. Ostrovsky, A. V. Obukhov // 14 International Symposium on Zirconium in the Nuclear Industry, ASTM STP 1467 (June 13–17, 2004, Stockholm). – Stockholm, 2006. – P. 666–685.
4. Cостояние оболочек ТВЭЛов ВВЭР после шести лет эксплуатации / А. Е. Новоселов, С. В. Павлов, В. С. Поленок, Д. В. Марков, В. А. Жителев, Г. П. Кобылянский, А. Н. Костюченко, И. Н. Волкова // Физика и химия обработки материалов. – 2009. – № 2. – С. 24–32.
5. Аверин, С. А. Влияние условий облучения на образование и эволюцию радиационных дефектов в циркониевых сплавах / С. А. Аверин, В. Л. Панченко // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. – 2006. – Т. 66, № 1. – С. 24–30.
6. Неу строев, В. С. Влияние растягивающих напряжений на эволюцию вакансионной пористости в стали Fe–18% Cr–10% Ni–Ti, облученной в реакторе БОР-60 / В. С. Неустроев, С. В. Белозеров, Е. И. Макаров, А. В. Обухов // Физика металлов и металловедение. – 2014. – Т. 115, № 10. – С. 1070–1074.
7. Dependence on Grain Boundary Structure of Radiation Induced Segregation in a 9 wt.% Cr Model Ferritic/Martensitic Steel / K. G. Field, L. M. Barnard, C. M. Parish, J. T. Busby, D. Morgan, T. R. Allen // Journal of Nuclear Materials. – 2013. – Vol. 435, № 1-3. – P. 172–180.
8. Tikhonchev, M. MD simulation of atomic displacement cascades in random Fe- 9at.%Cr binary alloy with twin grain boundaries / M. Tikhonchev, A. Muralev, V. Svetukhin // Fusion Science and Technology. – 2014. – Vol. 66, № 1. – P. 91–99.
9. Miyashiro, S. MD simulations to evaluate the influence of applied normal stress or deformation on defect production rate and size distribution of clusters in cascade process for pure Сu / S. Miyashiro, S. Fujita, T. Okita // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 415, № 1. – P. 1–4.
10. Моделирование зарождения пластической деформации в механически- нагруженных кристаллитах при радиационном воздействии / А. В. Корчуганов, К. П. Зольников, Д. С. Крыжевич, В. М. Чернов и С. Г. Псахье // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез.–2015.–Т.38,№1.–С.42–48.
11. Beelera, B. Effects of applied strain on radiation damage generation in bodycentered cubic iron / B. Beelera, M. Astab, P. Hosemannc, N. Grønbech-Jensen // Journal of Nuclear Materials.–2015.–Vol.459.–P.159–165.
12. Heavy ion irradiation induced dislocation loops in AREVA’s M5® alloy / R. M. Hengstler-Eger, P. M. Baldo, L. Beck, J. Dorner, K. Ertl, P. B. Hoffman, C. Hugenschmidt, M. A. Kirk, W. Petry, P. Pilkart, A. Rempel // Journal of Nuclear Materials. – 2012. – Vol. 423, № 1-3. – P. 170–182.
13. Капу стин, П. Е. Моделирование ГПУ-циркония методом молекулярной динамики / П. Е. Капустин // Известия Самарского научного центра РАН. – 2013. – № 4. – С. 1131–1136.
14. Капу стин, П. Е. Каскады атомных смещений вблизи симметрично наклонных границ зерна в гексагональной плотноупакованной структуре Zr: моделирование методом молекулярной динамики / П. Е. Капустин, М. Ю. Тихончев, В. В. Светухин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2015. – № 2 (34). – C. 148–163.
15. Long, F. Effect of neutron irradiation on deformation mechanisms operating during tensile testing of Zr-2.5Nb / F. Long, L. Balogh, D. W. Brown, P. Mosbrucker, T. Skippon, C. D. Judge, M. R. Daymond // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 102. – P. 352–363.
16. Cochrane, C. Effect of interstitial oxygen and iron on deformation of Zr-2.5 wt% Nb / C. Cochrane, M. R. Daymond // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 636. – P. 10–23.
17. Тhe effect of ctystallographic mismatch on the obstacle strength of second phase precipitate in dispersion strengthening: bcc Nb particles and nanometric Nb clusters embedded in hcp Zr / Y. Matsukawa, H. L. Yang, K. Saito, Y. Murakami, T. Maruyama, T. Iwai, K. Murakami, Y. Shinohara, T. Kido, T. Toyama, Z. Zhao, Y. F. Li, S. Kano, Y. Satoh, Y. Nagai, H. Abe // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 102. – P. 323–332.
18. Mendelev, M. I. Development of an interatomic potential for the simulation of phase transformation in zirconium / M. I. Mendelev, G. J. Ackland // Philosophical Magazine Letters.–2007.–Vol.87,№5.–P.349–359.
19. An n-body potential for a Zr–Nb system based on the embedded-atom method / D. Y. Lin, S. S. Wang, D. L. Peng, M. Li, X.D. Hui // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2013. – Vol. 25, № 20. – P. 209501.
20. Муралев, А. Б. Моделирование двойниковых межзеренных границ в ОЦК металлах и сплавах / А. Б. Муралев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 4. – С. 1045–1049.
21. Муралев, А. Б. Моделирование каскадов атомных смещений в альфа-железе, содержащем симметрично-наклонную межзеренную границу / А. Б. Муралев, М. Ю. Тихончев, В. В. Светухин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2013. – № 1 (25). – С. 144–158.
22. Peng, Q. Stability of self-interstitials atoms in hcp-Zr / Q. Peng, W. Ji, H. Huang, S. De // Journal of Nuclear Materials. – 2012. – Vol. 429, № 1-3. – P. 233–236.

 

Дата создания: 28.11.2016 13:46
Дата обновления: 19.12.2016 10:44