Молекулярно-динамическое моделирование влияния двухосных деформаций на растворимость водорода в ОЦК-железе с использованием ЕАМ-потенциалов

Abstract

Комплекс негативных воздействий водорода на металл называют водородной деградацией. Процессы водородной деградации существенно зависят от особенностей диффузии и растворимости водорода в конкретных материалах. Многие промышленные изделия при изготовлении сохраняют существенные остаточные напряжения (сварные трубы, сварные швы, несущие балки). В этом случае особую ценность для прогнозирования процессов деградации имеют зависимости растворимости и коэффициента диффузии водорода от температуры образца и напряжений, приложенных к образцу. В этой работе мы приводим результаты тестирования потенциалов Картер на воспроизведение основных энергетических характеристик, хорошо изученных методами первопринципного моделирования, а именно: энергии растворе- ния водорода и величины диффузионных барьеров. После этого приводятся результаты исследования зависимости энергии растворения атомов водорода от величины двухосной деформации. Особый интерес представляет вопрос о воспроизведении потенциалом Картер перескока водорода из тетраэдрических пор в октаэдрические поры ОЦК-железа под действием двухосных деформаций. Результаты моделирования сопоставляются с аналогичными результатами, представленными в соответствующих статьях и хорошо согласуются с результатами расчета из первых принципов. Потенциал B воспроизводит переход водорода из тетрапор в октапоры под действием двухосных напряжений. The complex of negative effects of hydrogen on metal is termed hydrogen degradation. The processes of hydrogen degradation considerably depend on the characteristics of hydrogen diffusion and solubility in a specific material. Many manufactured articles keep their residual stresses during production (e.g. welded pipes and seams, supporting girders). In this case dependences of solubility and diffusivity of hydrogen on temperature and applied stress are of particular value for the prediction of hydrogen degradation. This paper presents the results of MD tests performed with Carter EAM potentials for the reproduction of general energy characteristics, namely hydrogen solution energy and diffusion barrier values, that are well examined with ab initio methods. The research on the relation between the hydrogen solution energy and the biaxial strain was also carried out. Of great interest is the capability of Carter potential to reproduce the hydrogen jump from tetrahedral to octahedral interstices of bcc Fe under the influence of the biaxial strains. Simulation results are compared with previous ab initio calculations and are in good agreement. Carter's potential B is capable of reproducing hydrogen transition from tetrahedral to octahedral interstices under biaxial stress.