Випуски МФіНТ »  Том 47, випуск 11

Аналіза впливу леґувальних елементів і температури відпалу на мікроструктуру стопів Zr–Nb–Sn і механічні властивості під час деформацій

В. О. Харченко$^{1,2}$, Д. О. Харченко$^{1}$, О. М. Щокотова$^{1}$, О. Б. Лисенко$^{1}$, С. В. Кохан$^{1}$, Д. В. Лейких$^{1}$, А. В. Дворниченко$^{2}$

$^{1}$Інститут прикладної фізики НАН України, вул. Петропавлівська, 58, 40000 Суми, Україна
$^{2}$Сумський державний університет, вул. Харківська, 116, 40007 Суми, Україна

Отримано: 21.02.2025; остаточний варіант - 02.07.2025. Завантажити: PDF

У статті досліджено динаміку мікроструктурних перетворень та еволюцію ансамблю вакансій під час термічного оброблення стопів Zr–Nb–Sn на основі цирконію з низькою концентрацією леґувальних елементів у рамках числового моделювання на основі моделю фазового поля. Вивчено вплив леґувальних елементів і температури відпалу на кінетичні та статистичні властивості еволюції мікроструктури, дефектної структури та механічних властивостей стопів. Виявлено, що у процесі термічного оброблення випадають збагачені на Ніобій преципітати β-фази; Станум і рівноважні вакансії з більшою концентрацією сеґреґують на межах β-фази поза преципітатами. Встановлено, що підвищення температури відпалу і/або концентрації Стануму та Ніобію спричиняють утворення преципітатів. Додавання Стануму приводить до утворення більшої кількости дрібних преципітатів, а зменшення концентрації Ніобію значно понижує їхню густину в стопі. Виявлено, що пониження температури відпалу приводить до поліпшення механічних властивостей, а додавання Стануму приводить вищих значень меж плинности та міцности для стопу.

Ключові слова: метод фазового поля, числове моделювання, преципітати вторинних фаз, статистичні характеристики.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i11/1149.html

PACS: 61.72.Bb, 61.72.Cc, 61.72.jd, 61.72.Qq, 61.72.S-, 62.20.F-, 83.50.-v

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. Y. H. Jeong, K. O. Lee, and H. G. Kim, J. Nuclear Mater., 302: 9 (2002).
  2. H. G. Kim, J. Y. Park, and Y. H. Jeong, J. Nuclear Mater., 347: 140 (2005).
  3. P. Cirimello, G. Domizzi, and R. Haddad, J. Nuclear Mater., 350: 135 (2006).
  4. C. Ramos, M. Granovsky, and C. Saragovi, Physica B: Condensed Matter, 389: 67 (2007).
  5. G. Choudhuri, M. K. Kumar, V. Kain, D. Srivastava, S. Basu, B. Shah, N. Saibaba, and G. Dey, J. Nuclear Mater., 441: 178 (2013).
  6. M. Ito, K. Ko, H. Muta, M. Uno, and S. Yamanaka, J. Alloys Compd., 446: 451 (2007).
  7. T. Toyama, Y. Matsukawa, K. Saito, Y. Satoh, H. Abe, Y. Shinohara, and Y. Nagai, Scripta Mater., 108: 156 (2015).
  8. V. Shishov, M. Peregud, A. Nikulina, Y. Pimenov, G. Kobylyansky, A. Novoselov, Z. Ostrovsky, and A. Obukhov, J. ASTM Int., 2: 1 (2005).
  9. S. Doriot, J. L. Béchade, M. H. Mathon, L. Legras, and J. P. Mardon, Zirconium in the Nuclear Industry: Fourteenth Int. Symp. (Eds. P. Rudling and B. Kammenzind) (ASTM International: 2005), p. 918.
  10. V. N. Shishov, A. V. Nikulina, V. A. Markelov, M. M. Peregud, A. V. Kozlov, S. A. Averin, S. A. Kolbenkov, and A. E. Novoselov, Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh Int. Symp. (Eds. E. R. Bradley and G. P. Sabol) (ASTM International: 1996), p. 921.
  11. C. Cann, C. So, R. Styles, and C. Coleman, J. Nuclear Mater., 205: 267 (1993).
  12. F. Onimus and J. Bechade, Comprehensive Nuclear Materials (Eds. T. R. Allen, R. E. Stoller, and P. S. Yamanaka) (Amsterdam: Elsevier: 2012), vol. 4, p. 1.
  13. G. He, J. Liu, K. Li, J. Hu, A. H. Mir, S. Lozano-Perez, and C. Grovenor, J. Nuclear Mater., 526: 151738 (2019).
  14. Q. Dong, Z. Yao, Q. Wang, H. Yu, M. A. Kirk, and M. R. Daymond, Metals, 7: 287 (2017).
  15. T. Andersson and G. Vesterlund, Zirconium in the Nuclear Industry (Ed. D. G. Franklin) (ASTM International: 1982), p. 498.
  16. T. Andersson and T. Thorvaldsson, Zirconium in the Nuclear Industry (Eds. R. B. Adamson and L. F. P. Van Swam) (ASTM International: 1987), p. 846.
  17. B. Cheng and R. B. Adamson, Zirconium in the Nuclear Industry (Eds. R. B. Adamson and L. F. P. Van Swam) (ASTM International: 1987), p. 387.
  18. R. Kruger, R. Adamson, and S. Brenner, J. Nuclear Mater., 189: 193 (1992).
  19. T. Kubo and M. Uno, Zirconium in the Nuclear Industry: Ninth Int. Symp. (Eds. C. M. Eucken and A. M. Garde) (ASTM International: 1991), p. 807.
  20. G. Maussner, E. Steinberg, and E. Tenckhoff, Zirconium in the Nuclear Industry (Eds. R. B. Adamson and L. F. P. Van Swam) (ASTM International: 1987), p. 846.
  21. R. Krishnan and M. Asundi, Proc. Indian Academy of Sciences .C: Eng. Sci., 4: 41 (1981).
  22. S. Lumley, S. Murphy, P. Burr, R. Grimes, P. Chard-Tuckey, and M. Wenman, J. Nuclear Mater., 437: 122 (2013).
  23. L. Wu, V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and R. Pan, Mater. Today Communications, 26: 101765 (2021).
  24. Z. Yu, X. Xu, A. Mansoor, B. Du, K. Shi, K. Liu, S. Li, and W. Du, J. Mater. Sci. Technol., 88: 21 (2021).
  25. R. Liu, D. L. Yin, and J. T. Wang, Magnesium Technology (Eds. S. N. Mathaudhu, W. H. Sillekens, N. R. Neelameggham, and N. Hort) (Springer: 2012), p. 555.
  26. W. Cai, J. Zhang, Z. Gao, and J. Sui, Applied Phys. Lett., 92: 252502 (2008).
  27. J. W. Cahn, Acta Metallurgica, 9: 795 (1961).
  28. J. W. Cahn, Acta Metallurgica, 10: 179 (1962).
  29. J. W. Cahn and J. E. Hilliard, Acta Metallurgica, 19: 151 (1971).
  30. A. G. Khachaturyan, Theory of Structural Transformations in Solids (Courier Corporation: 2013).
  31. L.-Q. Chen, Acta Metallurgica et Materialia, 42: 3503 (1994).
  32. S. G. Kim, W. T. Kim, and T. Suzuki, Phys. Rev., 60: 7186 (1999).
  33. L.-Q. Chen, Annual Rev. Mater. Research, 32: 113 (2002).
  34. N. Moelans, B. Blanpain, and P. Wollants, Calphad, 32: 268 (2008).
  35. K. Wu, S. Chen, F. Zhang, and Y. Chang, J. Phase Equilibria Diffusion, 30: 571 (2009).
  36. I. Loginova, J. Odqvist, G. Amberg, and J. Agren, Acta Mater., 51: 1327 (2003).
  37. G. Choudhuri, S. Chakraborty, D. Srivastava, and G. Dey, Results in Phys., 3: 7 (2013).
  38. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, I. O. Lysenko, and I. A. Shuda, Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 486: 497 (2017).
  39. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, Y. Ovcharenko, O. Lysenko, I. A. Shuda, L. Wu, and R. Pan, Cond. Matter Phys., 21: 13002 (2018).
  40. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, A. I. Bashtova, V. V. Kupriienko, and L. Wu, J. Applied Phys., 129: 035104 (2021).
  41. A. Onuki, Phase Transition Dynamics (Cambridge: Cambridge University Press: 2002).
  42. D. O. Kharchenko, O. M. Shchokotova, V. O. Kharchenko, V. V. Kupriienko, S. Kokhan, X. Wu, and L. Wu, Radiation Effects and Defects in Solids, 175: 602 (2020).
  43. S. Rokkam, A. El-Azab, P. Millett, and D. Wolf, Modelling Simulation Mater. Sci. Eng., 17: 064002 (2009).
  44. Z. Z. Li, Y. H. Li, D. Terentyev, N. Castin, A. Bakaev, G. Bonny, Z. Yang, L. Liang, H. B. Zhou, F. Gao, and G.-H. Lu, Acta Mater., 219: 117239 (2021).
  45. M. R. Tonks, A. Cheniour, and L. Aagesen, Computational Mater. Sci., 147: 353 (2018).
  46. M. R. Tonks and L. K. Aagesen, Annual Rev. Mater. Res., 49: 79 (2019).
  47. A. Basak and V. I. Levitas, Acta Mater., 189: 255 (2020).
  48. A. Basak and V. I. Levitas, Computer Methods Applied Mech. Eng., 343: 368 (2019).
  49. S. B. Biner, Programming Phase-Field Modelling (Springer: 2017).
  50. N. Saunders and A. P. Miodownik, CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams): a Comprehensive Guide (Elsevier: 1998).
  51. A. T. Dinsdale, Calphad, 15: 317 (1991).
  52. V. O. Kharchenko, T. Xin, L. Wu, D. O. Kharchenko, V. V. Kuprienko, and I. O. Shuda, Modelling Simulation Mater. Sci. Eng., 30, No. 7: 075006 (2022).
  53. V. O. Kharchenko, X. Kong, T. Xin, L. Wu, O. M. Shchokotova, D. O. Kharchenko, and S. V. Kokhan, Phys. Scr., 98: 03571 (2023).
  54. P. C. Hohenberg and B. I. Halperin, Rev. Modern Phys., 49: 435 (1977).
  55. J. D. Gunton, M. San Miguel, and P. S. Sahni, Phase Transitions and Critical Phenomena (Eds. C. Domb and J. L. Lebowitz) (London: Academic Press: 1983), vol. 8, p. 269.
  56. Y. Wang, L. Q. Chen, and A. G. Khachaturyan, Computer Simulation in Materials Science Nano/Meso/Macroscopic Space and Time Scales (Eds. H. O. Kirchner, K. P. Kubin, and V. Pontikis) (Dordrecht: Kluwer Academic Publishers: 1996), p. 325.
  57. Y. Wang and L. Chen, A Current Protocols (New York: John Wiley & Sons: 2000).
  58. K. Wu, J. Morral, and Y. Wang, Acta Mater., 49: 3401 (2001).
  59. C. Huang, M. O. de La Cruz, and B. Swift, Macromolecules, 28: 7996 (1995).
  60. A. Onuki, Phys. Rev. E, 68: 061502 (2003).
  61. A. Minami and A. Onuki, Phys. Rev. B, 70: 184114 (2004).
  62. A. Minami and A. Onuki, Phys. Rev. B, 72: 100101 (2005).
  63. A. Onuki, A. Furukawa, and A. Minami, Pramana, 64: 661 (2005).
  64. A. Minami and A. Onuki, Acta Mater., 55: 2375 (2007).
  65. S. Hu and L. Chen, Acta Mater., 49: 1879 (2001).
  66. A. Turkin and A. Bakai, J. Nuclear Mater., 358: 10 (2006).
  67. T. Korhonen, M. J. Puska, and R. M. Nieminen, Phys. Rev. B, 51: 9526 (1995).
  68. F. Legrain and S. Manzhos, AIP Adv., 6: 045116 (2016).
  69. W. Wolfer, Comprehensive Nuclear Mater., 1: 1 (2012).
  70. E. Fisher and C. Renken, Phys. Rev., 135: A482 (1964).
  71. Y. J. Hao, L. Zhang, X. R. Chen, Y. H. Li, and H. L. He, J. Phys.: Cond. Matter, 20: 235230 (2008).
  72. G. Simmons and H. Wang, Single Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties (Cambridge: MIT Press: 1971).
  73. S. Vaboya and G. Kennedy, J. Phys. Chem. Solids, 31: 2329 (1970).
  74. G. Choudhuri, S. Chakraborty, D. Srivastava, and G. Dey, Results in Phys., 3: 7 (2013).
  75. A. C. Jain, P. A. Bur, and D. R. Trinkle, Phys. Rev. Mater., 3: 033402 (2019).
  76. F. Christien and A. Barbu, J. Nuclear Mater., 346: 272 (2005).
  77. L. Q. Chen and J. Shen, Computer Phys. Communications, 108: 147 (1998).
  78. J. Ramos and C. Canuto, Applied Mathematical Modelling (Springer-Verlag: 1988).
  79. I. M. Lifshitz and V. V. Slyozov, J. Phys. Chem. Solids, 19: 35 (1961).
  80. C. Wagner, Z. Elektrochem., 65: 581 (1961).
  81. J. A. Marqusee and J. Ross, J. Chem. Phys., 80: 536 (1984).
  82. A. Lehtinen, L. Laurson, F. Granberg, K. Nordlund, and M. J. Alava, Sci. Rep., 8: 1 (2018).
  83. V. Serbenta, N. Skripnyak, V. Skripnyak, and E. Skripnyak, AIP Conf. Proc., 1909: 020190 (2017).
  84. M. Horstemeyer, S. Plimpton, and M. Baskes, Acta Mater., 49: 4363 (2001).
  85. Z. Liu, X. You, and Z. Zhuang, Int. J. Solids Structures, 45: 3674 (2008).
  86. Y. Guo, Z. Zhuang, X. Li, and Z. Chen, Int. J. Solids Structures, 44: 1180 (2007).
  87. S. J. Oh, C. Jang, J. H. Kim, and Y. H. Jeong, Mater. Sci. Eng. A, 528: 3771 (2011).
  88. C. Lemaignan, Comprehensive Nuclear Mater., 2: 217 (2012).
  89. P. Zhang, X. Hu, G. Sun, B. Gao, and B. Xu, Mater. Sci. Forum, 944: 99 (2019).
  90. S. Neogy, D. Srivastava, J. K. Chakravartty, G. K. Dey, and S. Banerjee, Metall. Mater. Trans. A, 38: 485 (2007).
  91. C. Song, Z. Zou, Z. Yan, X. Yao, F. Liu, Y. Yang, M. Yan, and C. Han, Virtual Phys. Prototyping, 18: e2189597 (2020).
  92. Z. H. Feng, C. Q. Xia, X. J. Jiang, S. G. Liu, X. Zhang, X. Y. Zhang, M. Z. Ma, and R. P. Liu, Mater. Sci. Eng. A, 677: 393 (2016).
  93. Y. Liu, Z. Wu, W. Gao, L. Zhao, Y. Song, Y. Chen, H. Luo, Q. Wang, L. Yang, L. Zeng, X. Zhang, and X. Ding, J. Mater. Research Technol., 23: 3570 (2023).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»