32
ВведениеБлагодаря своей низкой стоимости и высоким механическим свойствам, сталь является одним из наиболее важных и широко используемых метал-лических материалов. Дефекты и примеси играют в ней важную роль, поскольку они могут как улучшать, так и ухудшать эксплуатационные каче-ства стали. Многочисленные исследования пока-зывают, что границы зерен (ГЗ) являются актив-ным элементом дефектной структуры материалов. ГЗ представляет собой плоский дефект атомной структуры. Благодаря природе этого дефекта, связь между отдельными атомами на границе зер-на меняется по сравнению со связью в регулярной кристаллической решетке [1]. Из-за формирования в области контакта зерен специфической структу-ры отличной от структуры совершенного кристал-ла, свойства границ могут быть иными, чем у объ-ема. Структура ГЗ может быть определена с по-мощью экспериментальных методов, таких как метод просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и рентгенодифракционный метод. Тем не менее, достаточно трудно получить точные данные термодинамических величин на границе раздела. Поэтому неэмпирические кванто-во-механические методы, основанные на теории функционала плотности, являются наиболее под-ходящим инструментом для получения достовер-ной количественной информации о структуре ГЗ и энергии на электронном уровне.Известно, что водород оказывает значительное влияние на физические и механические свойства железа и сплавов на его основе [2, 3]. Это явление называется водородное охрупчивание (ВО) [4], и на сегодняшний день до сих пор не полностью изучено. Самые популярные теории, которые пы-таются объяснить ВО являются теория индуциро-ванной водородом атомной декогезии (HEDEhydrogen-enhanced decohesion [5] и механизм водо-родного усиления локальной пластичности (HELPhydrogen-enhanced localized plasticity) [6]. В этой статье акцент делается на рассмотрении первого механизма. Основная идея модели HEDE предпо-лагает, что растворенный водород уменьшает си-лу, необходимую для разделения кристаллов вдоль кристаллографических поверхностей, таких как границы зерен или межфазные границы, и, соот-ветственно, уменьшает энергию для образования поверхности раскола и, таким образом, способст-вует образованию трещин.Теоретические исследования взаимодействия водорода с границами зерен ОЦК-железа все еще ограничены определенными типами границ. Гра-ница Σ3(111) достаточно хорошо изучена. В рам-ках теории функционала плотности было прове-дено моделирование взаимодействия водорода с Σ3(111) в железе [7][8][9][10]. Эти результаты показа-ли, что водород является сильным охрупчивате-лем для данной границы. Есть несколько работ посвященных исследованию Σ5(310) [11][12][13], ко-торые свидетельствуют о захвате атома водорода междоузлиями. Моделирование взаимодействия водорода с границей Σ5(210) выполнено лишь в одной работе [14] и недостаточно подробно. В связи со всем вышесказанным, целью данной работы является изучение взаимодействия водо-рода с границами зерен Σ5, а также с целью тес-тирования расчетной схемы с одной из наиболее изученных ГЗ -Σ3(111). В это...
