Научный руководитель: Косилов Александр Тимофеевич, доктор физико-математических наук, профессор
Соавторы: Евтеев Александр Викторович

Вначале была построена молекулярно-динамическая (МД) модель расплава Fe₉₅C₅ при T=1823 К с реальной плотностью 6950 кг/м³. Исходное состояние задавали размещением случайным образом 2000 частиц в основном кубе с периодическими граничными условиями. Уравнения движения интегрировали по алгоритму Верле с временным шагом D t=1,523× 10^-15 с. Взаимодействие пар Fe-Fe описывали с помощью потенциала Пака-Доямы. Для пар Fe-C выбрали потенциал, предложенный Джонсоном и др.. Ввиду того, что в расплавах Fe-С энергия смешения атомов отрицательна, т.е. тенденция к объединению атомов углерода отсутствует, взаимодействие пар C-C описывали чисто отталкивательным потенциалом Борна-Майера. Аморфное состояние получали "мгновенной" закалкой (методом статической релаксации (СР)) модели расплава, увеличив ее плотность до 7796 кг/м³ (плотность кристаллического сплава с учетом поправки ~ 1% на аморфизацию). Далее система методом МД подвергалась изохронному отжигу, периодическая процедура которого сводилась к ступенчатому повышению температуры на 20 К, поддержанию этой температуры в системе на протяжении 1000× D t и последующему отжигу в адиабатических условиях в течение 19000× D t (скорость нагрева равнялась ~ 6,6× 10¹¹ К/с). После каждого такого периода систему методом СР переводили в состояние с T=0 К, предоставляя возможность атомам занять равновесные положения в локальных потенциальных ямах. Аналогичным образом (скорость охлаждения ~ 6,6× 10¹¹ К/с) была построена МД модель переохлажденного расплава Fe₉₅C₅ при T=1000 К. Далее производился адиабатический отжиг модели сплава (T=1000 К) в течение 20000× D t в каждом периоде. После каждого периода проводилась СР модельной системы.

При нагреве в интервале температур 1140¸ 1220 К была обнаружена ОЦК-кристаллизация, а в интервале температур 1800¸ 1900 К - плавление. При охлаждении модельной системы по аналогичной схеме кристаллизация не наблюдалась (расплав застекловался). Целью данной работы является исследование кинетики и атомных механизмов кристаллизации аморфного сплава Fe₉₅С₅ в адиабатических условиях. На рис.1 показаны временные зависимости температуры модели (Т), потенциальной энергии(U) и произведения давления на объем (PV) до статической релаксации, а на рис.2 - временные зависимости потенциальной энергии(U₀) и произведения давления на объем (P₀V) после статической релаксации. Очевидно, что между 648,798× 10¹¹ с и 657,936× 10¹¹ (точки 1 и 2)в модельной системе произошел фазовый переход первого рода (рис.1,2). Положение пиков парциальных парных функций радиального распределения атомов, а также статистико-геометрический анализ на основе радикальных многогранников Вороного свидетельствуют о том, что образовался твердый раствор углерода в a -Fe.