Iron Interstitial Defects Stability: Under the Uniaxial Stress Effect

Stres alanlarındaki kusur kinetiğinin anlaşılması, nükleer maddelerin bozulmasının çok boyutlu modellenmesi için önemlidir. Moleküler dinamik (MD) simülasyonu ile, formasyon ve göç enerjisi enerjileri, alfa Fe'de kendiliğinden oluşan atom (SIA) ve SIA kümeleri (1 ~ 3 geçiş reklamları) için değerlendirilmiştir. % 0 ~ 3 tek eksenli sürdürülebilir [100] gerilme etkileri <110> SIAs ve <111> halter konfigürasyonları için test edilmiştir. Kararlılık ile ilgili olarak, <111> halter konfigürasyonları daha büyük suşlarda ve daha büyük kümelerde daha kararlı hale gelir. Hareketlilik için, sürdürülebilir gerilmeler altında tek SIA kusurlarının difüzyonu izlenmiştir. Serbest gerilme koşullarında, SIA kümelerinin difüzivitesi, doymuş gerilmede üç boyutlu (3D) ile bir boyutlu (1D) aşamalı bir geçişe sahiptir. 3D geçiş küçük kümeler ve alt gerilmeler için iken ve büyük ölçüde <110> SIA hizalama konfigürasyonu için sunulurken, 1D geçişi büyük kümeler ve büyük gerginlik için gözlenmiştir. Çekme gerilmesi altında ve küçük kümeler için, difüzyon artırımı daha yüksek bir sıcaklıkta daha büyüktür. Bununla birlikte, sıcaklık etkisi daha büyük kümeler için küçüktür. Gerinim alanlarının bu etkileri, kusurlar ve uygulanan stres alanları arasındaki elastik etkileşim ile açıklanabilir.

Understanding of defect kinetics under stress fields is important for multiscale modeling of nuclear materials degradation. By means of molecular dynamics (MD) simulation, the formation and migration energies were evaluated for self-interstitial atom (SIA) and SIA clusters (1~3 interstitials) in alpha Fe. Effects of 0~3% uniaxial tensile [100] strains were tested for SIAs of <110> and <111> dumbbell configurations. Regarding the stability, the <111> dumbbell configurations becomes more stabilized at larger strains and larger clusters. For the mobility, the diffusion of single SIA defects under tensile stresses were traced. Under the free-strain condition, the diffusivity of the SIA clusters has a gradual transition from three dimensional (3D) to one dimensional (1D) at saturated strain. The 1D transition was observed for large clusters and large strain while the 3D transition was for small clusters and lower strains and presented mainly for the <110> SIA alignment configuration. Under the tensile stress and for small clusters, diffusivity enhancement is bigger at a higher temperature. However, the temperature effect was small for larger clusters. These effects of strain fields can be explained by elastic interaction between defects and applied stress fields.