1.28.2.1.3.1 Subproyecto de acero RPV
El subproyecto de aceros RPV trabajó para mejorar las herramientas desarrolladas en PERFECTO, por lo tanto, los módulos RPV-2 y tenacidad.45
En cuanto al módulo de tenacidad, el objetivo fue desarrollar los métodos PERFECTOS para describir el comportamiento de tenacidad a la fractura por escisión en aceros RPV y llegar a un criterio adecuado de fractura intergranular quebradiza,46 buscando la comprensión física de los parámetros de calibración e identificando casos de referencia de calibración adecuados. Para ello, debe disponerse preferentemente de información tanto mecánica como microestructural, o tal vez en el curso del proyecto. A este respecto, se creó un vínculo con el proyecto FP7/LONGLIFE, en el que se estaba llevando a cabo una caracterización mecánica y microestructural exhaustiva de varios aceros RPV.47 Se desarrolló un módulo avanzado de tenacidad a la fractura (AFTM), que implementó completamente cuatro modelos de fractura, con alcances parcialmente diferentes: (1) un modelo de fractura frágil informado por microestructura (MIBF) basado en CP, con posibles extensiones para incluir la predicción de fracturas en el volumen representativo y las escalas de muestras, basado en el trabajo realizado en PERFECT32,48 y utilizando un modelo de CP mejorado (véase más adelante); (2) un modelo de enfoque local avanzado de Beremin-type49, que era aplicable a la predicción de fracturas en la escala de muestras; (3) el modelo de Wallin-Saario-Törrönen (WST), 33,50, que proporciona un vínculo con los modelos de comportamiento de fracturas en el escalas representativas de volumen y muestras; (4) un modelo de ingeniería de enfoque local Bordet51,52 modificado, que se ocupa principalmente de la transferibilidad de los datos de resistencia a la fractura de las muestras irradiadas a los componentes de acero RPV en servicio. Todos estos modelos fueron calibrados en casos de referencia apropiados.
La mejora de los modelos de tenacidad dependió significativamente de los avances en el cálculo de tensiones y deformaciones bajo carga, es decir, el comportamiento de flujo (curva de tracción macroscópica), en aceros irradiados, combinando en secuencia plasticidad cristalina y homogeneización. Un importante paso adelante con respecto a PERFECT fue el desarrollo de leyes constitutivas físicamente fundadas para modelos CP para describir regímenes de deformación a baja y alta temperatura en cristales de ccb, que se basaban completamente en la entrada de DD e incluían explícitamente el efecto de los defectos de radiación.53,54 Un paso importante correlacionado que se dio en el proyecto fue la elaboración de una forma sistemática de extraer información de simulaciones de DM de interacción de dislocación/defecto que pudiera usarse directamente para simulaciones de DD.55-57 Esto permitió que en proyectos posteriores se lograra una estimación correcta del endurecimiento, totalmente basada en un cálculo a escala múltiple. Mientras tanto, un conjunto de simulaciones de MD abordó el estudio de la interacción de dislocaciones con varias clases de defectos complejos, por ejemplo, clústeres de Cu y Cu-Ni que contienen vacantes (cuya existencia fue sugerida por exámenes PAS de aleaciones de modelos irradiados). Se encontró que la presencia de vacantes reduce ligeramente la fuerza de estos grupos como obstáculos para las dislocaciones de bordes,58 pero aumentan significativamente el esfuerzo necesario para que las dislocaciones de tornillos pasen a través de los grupos de solutos, debido a la formación de giros helicoidales al absorber las vacantes por la línea de dislocación.59 Asimismo, la interacción de dislocaciones con bucles de dislocación prismáticos creados por irradiación y decorados por átomos de C,60 o átomos de Cu, Mn y Ni,61 fue estudiada por MD. El estudio reveló que la decoración de bucles aumenta significativamente la fuerza de estos defectos como obstáculos para el movimiento de dislocación, al dificultar su absorción en la línea de dislocación.
Las simulaciones MD del tipo que acabamos de describir se hicieron posibles gracias al hecho de que el uso cada vez mayor de DFT en el marco del proyecto62,63 proporcionó datos para ajustar los potenciales interatómicos para aleaciones de creciente complejidad, hasta el sistema cuaternario Fe-Cu-Ni-Mn64–66, utilizando metodologías avanzadas.64,67 DFT también fue la base del desarrollo de modelos AKMC cada vez más refinados, que permitieron el estudio de la evolución (a corto plazo) bajo irradiación de aleaciones tan complejas como Fe-Cu-Mn-Ni-Si-P.68,69
El uso combinado de cálculos de DFT, simulaciones de MD y estudios AKMC, junto con el análisis del examen experimental de aleaciones de modelos irradiados y aceros RPV de REVE y PERFECT, corroborados por los nuevos resultados de recocido por irradiación iónica y post irradiación producidos dentro del proyecto,70-72 hizo emerger una nueva imagen sobre la formación de grupos de solutos y el origen del endurecimiento por radiación y fragilización de aceros RPV. Es decir, se hizo cada vez más claro que la mayoría de los solutos de interés en estos aceros son arrastrados por defectos de puntos migratorios (vacantes e intersticiales propios), el primer ejemplo es Cu,que también forma complejos móviles con vacantes, 73 que conducen a la segregación de solutos en grupos de defectos de puntos. Esto fue confirmado posteriormente por estudios en profundidad.74,75 Este proceso se ve favorecido por el hecho de que existe una afinidad entre los solutos y los clústeres de defectos puntuales (cavidades pequeñas y bucles de dislocación prismática), que se destacó en el proyecto utilizando potenciales interatómicos,76-78,así como experimentos, 70-72, y que más tarde se confirmó que era una tendencia general mediante simulaciones DFT a gran escala a medida.79,80 Por lo tanto, los clústeres de defectos puntuales catalizan la formación de clústeres de solutos que pueden (pero no necesitan) corresponder a fases termodinámicamente estables. Además, la distinción convencional entre daño de la matriz (clústeres de defectos puntuales) y precipitados (clústeres de solutos) se vuelve borrosa. El proyecto también dedicó esfuerzos, aprovechando el conocimiento de DFT y los potenciales interatómicos heredados de PERFECT, para comprender el efecto del carbono en solución, cuyo papel se hizo cada vez más claro en términos de creación de complejos de vacantes de carbono que atrapan bucles prismáticos de migración unidimensional.81 Al mismo tiempo,no se descuidó la especificidad de Cu como especie precipitante y se dedicaron extensos estudios a la estabilidad de los precipitados de Cu,82 que se incrementa con las vacantes, 83 y la simulación de la precipitación de Cu.84
Esta imagen desencadenó el intento de introducir progresivamente los mecanismos que se habían identificado a nivel atómico (arrastre y acumulación de solutos en clústeres de defectos puntuales) en modelos de evolución de microestructuras basados en OKMC o RT: un proceso que continuó en proyectos posteriores y aún está en curso (véase el proyecto H2020/SOTERIA a continuación). En consecuencia,se desarrollaron modelos OKMC para Fe-C85, 86 y Fe-Cu-C87 primero,y más tarde para Fe-C-MnNi en una aproximación de aleación gris,88, 89, es decir, incluyendo el efecto de solutos a través de parámetros en lugar de explícitamente. Estos modelos proporcionaron por primera vez una explicación razonablemente satisfactoria para las observaciones procedentes de la TARTA del experimento REVE.22-26 Sin embargo, debido a la intensidad computacional de las simulaciones de OKMC, el tipo de modelos a encadenar en el módulo integrado para la predicción del aumento del límite elástico en aceros RPV solo podía basarse en ecuaciones de velocidad, como se había hecho en los módulos RPV-13 y RPV-228. Por lo tanto, fue necesario avanzar también a lo largo de la línea RT,trabajando en el código de dinámica de clústeres Crescendo,70,87, 90, que mostró una estabilidad numérica significativamente mejorada con respecto al código utilizado anteriormente en RPV-1 y RPV-2. La principal limitación del enfoque de CD es que la introducción de mecanismos como el atrapamiento de bucles de migración unidimensional por complejos de vacío de carbono, o el arrastre de solutos por defectos puntuales, no es tan sencillo como en OKMC, mientras que la complejidad química permanece limitada a un soluto (Cu en este caso), véase también, por ejemplo, Ref. 91.