Стабильность дисперсных выделений и формирование наноструктур в сплавах. Многомасштабное моделирование с первопринципной параметризацией

Основной задачей проекта является разработка теоретических представлений о механизмах образования наноразмерных (мета)стабильных выделений, определение механизмов, определяющих их устойчивость и построение физических моделей, способных с достаточной точностью прогнозировать формирование дисперсного структурного состояния в сплавах. В третий год выполнения проекта было продолжено исследование механизмов формирования и устойчивости дисперсных выделений в многокомпонентных сплавах. Особое внимание было обращено на рассмотрение кинетики распада многокомпонентных сплавов, сопровождающегося формированием «запирающей» оболочки вокруг выделений. В качестве конкретных примеров, методами первопринципного моделирования изучены процессы образования и устойчивости выделений в сплавах Al-(Sc,Zr)), формирование гетерогенной структуры в сплаве Fe-Ni-Co. Завершено исследование сегрегаций легирующих элементов X (X=Mn,Mg,Si,Zn) на границах дисперсных выделений thetaˆ{prime} фазы в сплавах Al-Cu, а также механизмов формирования core-shell структуры выделений и их стабильности в сплаве Fe-Cu-Ni-Al. Кроме того, проведен расчет влияния решеточных возбуждений на термодинамику и температурно-зависящие свойства многокомпонентных сплавов. При исследовании физических механизмов, ответственных за формирование структуры наноразмерных выделений были использованы методы численного моделирования различного масштабного уровня, базирующиеся на результатах первопринципных расчетов. Для параметризация конфигурационной части свободной энергии Гиббса и построения последовательной теории процессов распада в многокомпонентных сплавах использовались рассчитанные в первый и второй год выполнения проекта энергии многочастичных (парных, тройных и четверных) кластерных взаимодействий. Далее, основываясь на полученных результатах, методами Монте-Карло (МК) и статистической кинетической теории, а также в рамках комбинированного МК+МД (Молекулярная Динамика) подхода было проведено атомистическое моделирование ранних стадий распада и образования выделений в рассматриваемых сплавах. Для выяснения причин формирования многофазной гетерогенной структуры при отжиге сплава Fe-Ni-Co были проведены первопринципные PAW-VASP расчеты энергий различных упорядоченных соединений в формализме четырех-подрешеточной энергетической модели многокомпонентного твердого раствора. На основании результатов Монте-Карло моделирования установлены морфологические особенности выделений для сплавов различных составов в зависимости от температуры.