Ab initio modelling of the interface energy α-Fe/Fe3c with the Bagaryatskii type orientation
- Autores: Verkhovykh A.V.1, Mirzoev A.A.1, Okishev K.Y.2, Dyuryagina N.S.1
-
Afiliações:
- Institute of Natural Sciences and Mathematics, South Ural State University (national research university)
- Institute of New Materials and Technologies, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin
- Edição: Nº 1 (2024)
- Páginas: 48-56
- Seção: Articles
- URL: https://archivog.com/1028-0960/article/view/664685
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096024010077
- EDN: https://elibrary.ru/DOMGFF
- ID: 664685
Citar
Resumo
Perlite is one of the main structural constituents of carbon and low-alloy steels. In it, between the bcc ferritic and orthoboric cementite phases of Fe3C, the orientational relation (OR) of Bagaryatskii, Isaichev, and Pitch can be observed. The first two, which are close to each other and are not always, repeated in the experiment, predominate in low-temperature pearlite, which has the highest strength. In this study, the simulation "from first principles" by the DFT method in the WIEN2k software package of the structure and energy of coherent α-Fe/Fe3C interfaces was carried out. The supercells were subjected to structural and volume optimization. Calculations of the surface energy of the interphase boundaries gave the values of 0.383 J/m2 for the Bagaryatskii OR and 0.594 J/m2 for the Isaichev OR. This agrees well with the existing experimental values and the results of other molecular dynamics and first-principles calculations. The difference in surface energy can play a significant role for low-temperature pearlite with a small thickness of ferrite and cementite plates and a large area of interfacial boundaries per unit volume.
Texto integral

Sobre autores
A. Verkhovykh
Institute of Natural Sciences and Mathematics, South Ural State University (national research university)
Email: diuriaginans@susu.ru
Rússia, 454080, Chelyabinsk
A. Mirzoev
Institute of Natural Sciences and Mathematics, South Ural State University (national research university)
Email: diuriaginans@susu.ru
Rússia, 454080, Chelyabinsk
K. Okishev
Institute of New Materials and Technologies, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin
Email: diuriaginans@susu.ru
Rússia, 620002, Ekaterinburg
N. Dyuryagina
Institute of Natural Sciences and Mathematics, South Ural State University (national research university)
Autor responsável pela correspondência
Email: diuriaginans@susu.ru
Rússia, 454080, Chelyabinsk
Bibliografia
- Счастливцева В.М. Цементит в углеродистых сталях: коллективная монография / Под ред. акад. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2017. 380 с.
- Nagakura S., Hirotsu Y., Kusunoki M., Suzuki T., Nakamura Y. // Metall. Trans. A. 1983. V. 14. № 6. P. 1025. https://www.doi.org/10.1007/BF02670441
- Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 240 с.
- Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: ВО "Наука", 1993. 280 с.
- Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л. Структура термически обработанной стали. М.: Металлургия, 1994. 288 с.
- Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л., Окишев К.Ю., Табатчикова Т.И., Хлебникова Ю.В. Перлит в углеродистых сталях. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 312 с.
- Гриднев В.Н., Гаврилюк В.Г., Мешков Ю.Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова думка, 1974. 232 с.
- Li Y., Raabe D., Herbig M., Choi P.-P., Goto S., Kost-ka A., Yarita H., Borchers C., Kirchheim R. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. № 10. P. 106104. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.106104
- Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова думка, 1987. 208 с.
- Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. // Acta Materialia. 2003. V. 51. № 18. P. 5555. https://www.doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00419-1
- Яковлева И.Л., Карькина Л.Е., Хлебникова Ю.В., Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И. // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 96. № 4. С. 44.
- Zhou Y.T., Shao X.H., Zheng S.J., Ma X.L. // J. Mater.Sci. Technol. 2022. V. 101. P. 28. https://www.doi.org/10.1016/j.jmst.2021.05.061
- Макаров А.В., Саврай Р.А., Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Хлебникова Ю.В., Егорова Л.Ю. // Физика металлов и металловедение. 2004. Т. 97. № 5. С. 94.
- Макаров А.В., Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Егорова Л.Ю. // Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 111. № 1. С. 97.
- Багаряцкий Ю.А. // Доклады АН СССР. 1950. Т. 73. № 6. С. 1161.
- Pitsch W. // Acta Metallurgica. 1962. V. 10. № 9. P. 897. https://doi.org/10.1016/0001-6160(62)90108-6
- Petch N.J. // Acta Crystallographica. 1953. V. 6. P. 96. https://www.doi.org/10.1107/S0365110X53000260
- Сухомлин Г.Д. // Физика металлов и металловедение. 1974. Т. 38. № 4. С. 878.
- Ohmori Y., Davenport A.T., Honeycombe R.W.K // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1972. V. 12. № 5. P. 128. https://www.doi.org/10.2355/isijinternational1966.12.128
- Исайчев И.В. // Журнал технической физики. 1947. Т. 17. № 7. С. 835.
- Zhou D.S., Shiflet G.J. // Metall. Trans. A. 1992. V. 23. № 4. P. 1259. https://www.doi.org/10.1007/BF02665057
- Zhang M.-X., Kelly P.M. // Scripta Materialia. 1997. V. 37. № 12. P. 2009.
- Счастливцев В.М., Яковлева И.Л. // Физика металлов и металловедение. 1974. Т. 38. № 3. С. 571.
- Сухомлин Г.Д. // Физика металлов и металловедение. 1976. Т. 42. № 5. С. 965.
- Яковлева И.Л., Карькина Л.Е., Хлебникова Ю.В., Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И. // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 92. № 6. С. 81.
- Zhou Y.T., Zheng S.J., Jiang Y.X., Zhao T.Z., Wang Y.J., Ma X.L. // Philosophical Magazine. 2017. V. 97. № 27. P. 2375. https://www.doi.org/10.1080/14786435.2017.1332434
- Ohmori Y. // ISIJ Int. 2001. V. 41. № 6. P. 554. https://www.doi.org/10.2355/isijinternational.41.554
- Bhadeshia H.K.D.H. // J. Mater. Sci. Technol. 2018. V. 34. № 14. P. 1666. https://www.doi.org/10.1080/02670836.2018.1470746
- Kraposhin V., Jakovleva I., Karkina L., Nuzhny G., Zubkova T., Talis A. // J. Alloys Compd. 2013. V. 577. P. S30. https://www.doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.10.102
- Dippenaar R.J., Honeycombe R.W.K. // Proc. Royal Soc. A. 1973. V. 333. № 1595. P. 455. https://www.doi.org/10.1098/rspa.1973.0073
- Mangan M.A., Shiflet G.J. // Metallurgical Mater. Trans. A. 1999. V. 30. № 11. P. 2767. https://www.doi.org/10.1007/s11661-999-0114-9
- Lupton D.F., Warrington D.H. // Metallography. 1972. V. 5. № 4. P. 325.
- Shackleton D.N., Kelly P.M. // J. Iron and Steel Institute. 1969. V. 207. P. 1253.
- Morgan R., Ralph B. // J. Iron and Steel Institute. 1968. V. 206. P. 1138.
- Яковлева И.Л., Карькина Л.Е., Кабанова И.Г., Счастливцев В.М., Зубкова Т.А. // Известия РАН. Серия физическая. 2010. Т. 74. № 11. С. 1599.
- Thompson S.W., Howell P.R. The Habit Plane of Cementite Formed in Austenite with a Pitsch-like Orientation Relationship. // Proc. Int. Conf. Solid-to-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials PTM'94. USA: Nemacolin, PA. 1994. Р. 1127.
- Shackleton D.N., Kelly P.M. // Acta Metallurgica. 1967. V. 15. № 6. P. 979.
- Ohmori Y., Davenport A.T., Honeycombe R.W.K. // Transactions ISIJ. 1972. V. 12. № 5. P. 112.
- Kim J., Ghaffarian H., Ryu S., Kang K. // Computational Mater. Sci. 2020. V. 173. P 109375. https://www.doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109375
- Guziewski M., Coleman S.P., Weinberger C.R. // Acta Materialia. 2016. V. 119. P. 184. https://www.doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.017
- Guziewski M., Coleman S.P., Weinberger C.R. // Acta Materialia. 2018. V. 155. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.051
- Верховых А.В., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Математика, механика, физика". 2018. Т. 10. № 4. С. 78. https://www.doi.org/10.14529/mmph180409
- Andrews K.W. // Acta Metallurgica. 1963. V. 11. № 8. P. 939. https://www.doi.org/10.1016/0001-6160(63)90063-4
- Fasiska E.J., Jeffrey G.A. // Acta Cryst. 1965. V. 19. P. 463. https://www.doi.org/10.1107/S0365110X65003602
- Урсаева А.В., Рузанова Г.Е., Мирзоев А.А. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Математика, механика, физика". 2010. Т. 9. № 2. С. 97.
- Барабаш О.М., Коваль Ю.Н. Структура и свойства металлов и сплавов: Справочник. Кристаллическая структура металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1986. 600 с.
- Verkhovykh A.V., Okishev K.Yu., Mirzoev A.A., Mirzaev D.A. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Математика, механика, физика". 2014. Т. 6. № 2. С. 49–55.
- Schwarz K., Blaha P. // Comput. Mater. Sci. 2003. V. 28. № 2. P. 259e273.
- Верховых А.В., Окишев К.Ю., Мирзоев А.А., Мирзаев Д.А. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Металлургия", 2017. Т. 17. № 1. С. 35. https://www.doi.org/10.14529/met170104
- Mirzoev A.A., Verkhovykh A.V., Okishev K.Yu., Mirza-ev D.A. // Molecular Physics. 2018. V. 116. № 4. P. 482. https://www.doi.org/10.1080/00268976.2017.1406161
- Finnis M.W. // J. Phys.: Condensed Matter. 1996. V. 8. № 32. P. 5811. https://www.doi.org/10.1088/0953-8984/8/32/003
- Kramer J.J., Pound G.M., Mehl R.F. // Acta Metallurgica. 1958. V. 6. № 12. P. 763. https://www.doi.org/10.1016/0001-6160(58)90051-8
- Martin J.W., Doherty R.D., Cantor B. Stability of microstructure in metallic systems. Cambridge University Press, 1997. 427 p.
- Kirchner H.O.K., Mellor B.G., Chadwick G.A. // Acta Metallurgica. 1978. V. 26. № 6. P. 1023. https://www.doi.org/10.1016/0001-6160(78)90052-4
- Li C.Y., Blakely J.M., Feingold A.H. // Acta Metallurgica. 1966. V. 14. № 11. P. 1397. https://www.doi.org/10.1016/0001-6160(66)90159-3
- Zhang X., Hickel T., Rogal J., Fähler S., Drautz R., Neugebauer J. // Acta Materialia. 2015. V. 99. P. 281. https://www.doi.org/10.1016/j.actamat.2015.07.075
- Ruda M., Farkas D., Garcia G. // Computational Mater. Sci. 2009. V. 45. № 2. 550. https://www.doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.11.020
- Kim J., Kang K., Ryu S. // Int. J. Plasticity. 2016. V. 83. P. 302. https://www.doi.org/10.1016/j.ijplas.2016.04.016
Arquivos suplementares
