1.28.2.1.3.1 podprojekt stal RPV
podprojekt dotyczący stali RPV pracował nad ulepszeniem narzędzi opracowanych w PERFECT, a więc modułów RPV-2 i toughness.45
jeśli chodzi o moduł wytrzymałości, celem było opracowanie doskonałych metod opisywania zachowania odporności na pękanie w stalach RPV i opracowanie odpowiedniego kryterium kruchego pękania międzykrystalicznego, 46 poprzez poszukiwanie fizycznego zrozumienia parametrów kalibracji i identyfikację odpowiednich przypadków wzorcowych kalibracji. W tym przypadku zarówno informacje mechaniczne, jak i mikrostrukturalne powinny być korzystnie dostępne lub stać się tak w trakcie projektu. W tym celu stworzono połączenie z projektem FP7 / LONGLIFE, w ramach którego przeprowadzono dokładną charakterystykę mechaniczną i mikrostrukturalną kilku stali RPV.47 opracowano zaawansowany moduł odporności na złamania (AFTM), który w pełni wdrożył cztery modele złamań, o częściowo różnych zakresach: (1) Model kruchego złamania oparty na mikrostrukturze (mibf) oparty na CP, z możliwymi rozszerzeniami obejmującymi przewidywanie złamań w reprezentatywnych skalach objętości i próbek, oparty na pracach wykonanych w PERFECT32,48 i wykorzystujący ulepszony model CP (patrz poniżej); (2) zaawansowany model podejścia lokalnego typu Beremin49, który miał zastosowanie do przewidywania złamań w skali próbki; (3) Model Wallina-Saario-Törrönena (WST), 33,50, który zapewnia powiązanie z modelami zachowania złamań w skali próbki. skala objętości reprezentatywnej i próbki; (4) zmodyfikowany model inżynierii podejścia lokalnego Bordet51,52, zajmujący się przede wszystkim przenoszalnością danych dotyczących odporności na pękanie z napromieniowanych próbek na eksploatowane elementy stalowe RPV. Wszystkie te modele zostały skalibrowane w odpowiednich przypadkach referencyjnych.
poprawa modeli ciągliwości zależała znacząco od postępów w obliczaniu naprężeń i odkształceń pod obciążeniem, tj. zachowania przepływu (makroskopowa krzywa rozciągania), w napromieniowanych stalach, poprzez połączenie w sekwencji plastyczności kryształów i homogenizacji. Ważnym krokiem naprzód w odniesieniu do PERFECT było opracowanie fizycznie ugruntowanych praw konstytutywnych dla modeli CP do opisywania reżimów deformacji w niskich i wysokich temperaturach w kryształach bcc, które były w pełni oparte na danych wejściowych DD i wyraźnie zawierały wpływ defektów promieniowania.53,54 skorelowanym ważnym krokiem podjętym w projekcie było opracowanie systematycznego sposobu wyodrębniania informacji z symulacji MD dotyczących interakcji dyslokacji / defektu, które mogłyby być bezpośrednio wykorzystane do symulacji DD.55-57 umożliwiło to w kolejnych projektach prawidłowe oszacowanie utwardzania, w pełni oparte na wieloskalowych obliczeniach. Tymczasem zestaw symulacji MD dotyczył badania interakcji dyslokacji z kilkoma klasami złożonych defektów, na przykład z klastrami cu i Cu-Ni zawierającymi wolne miejsca (których istnienie sugerowały badania PAN napromieniowanych stopów modelowych). Stwierdzono, że obecność wolnych miejsc nieznacznie zmniejsza wytrzymałość tych klastrów jako przeszkód w zwichnięciach krawędziowych, 58 ale znacznie zwiększają naprężenia niezbędne do przemieszczeń śrub przez klastry rozpuszczone, ze względu na powstawanie skrętu śrubowego po wchłonięciu wolnych miejsc przez linię zwichnięcia.59 podobnie, interakcja dyslokacji z pryzmatycznymi pętlami dyslokacyjnymi tworzonymi przez napromieniowanie i dekorowanymi przez atomy C, 60 lub Atomy Cu, Mn i Ni,61 była badana przez MD. Badania wykazały, że dekoracja pętli znacznie zwiększa siłę tych wad jako przeszkód w ruchu dyslokacyjnym, utrudniając ich wchłanianie do linii dyslokacyjnej.
opisane właśnie symulacje MD stały się możliwe dzięki temu,że stale rosnące wykorzystanie DFT w ramach projektu62, 63 dostarczyło danych pasujących do międzyatomowych potencjałów stopów o rosnącej złożoności, aż do czwartorzędowego systemu Fe-Cu-Ni-Mn64–66, przy użyciu zaawansowanych metodologii.64,67 DFT był również podstawą rozwoju coraz bardziej wyrafinowanych modeli AKMC, które pozwoliły na badanie (krótkoterminowej) ewolucji pod napromieniowaniem stopów tak złożonych, jak Fe-Cu-Mn-Ni-Si-P.68,69
połączone zastosowanie obliczeń DFT, symulacji MD i badań AKMC, wraz z analizą eksperymentalnych badań napromieniowanych stopów modelowych i stali RPV z REVE i PERFECT, potwierdzonych nowymi wynikami napromieniowania jonowego i wyżarzania po napromieniowaniu uzyskanymi w ramach projektu, 70-72 sprawiło, że pojawił się nowy obraz dotyczący tworzenia klastrów rozpuszczonych oraz pochodzenia utwardzania radiacyjnego i kruchości stali RPV. Mianowicie, stało się coraz bardziej jasne, że większość substancji rozpuszczonych będących przedmiotem zainteresowania w tych stalach jest przeciągana przez migrację defektów punktowych (wolnych miejsc pracy i samo-interstitials), pierwszym przykładem jest Cu, który tworzy również mobilne kompleksy z wakatami73,co prowadzi do segregacji substancji rozpuszczonych w klastrach defektów punktowych. Zostało to później potwierdzone przez dogłębne badania.74,75 proces ten jest dodatkowo faworyzowany przez fakt, że istnieje powinowactwo między rozpuszczonymi a skupiskami defektów punktowych (małe ubytki i pryzmatyczne pętle dyslokacji), co zostało podkreślone w projekcie z wykorzystaniem potencjałów międzyatomowych,76-78, a także eksperymentów, 70-72, a później zostało potwierdzone jako ogólny trend przez niestandardowe symulacje DFT na dużą skalę.79,80 zatem skupiska wad punktowych katalizują tworzenie skupisk rozpuszczonych, które mogą (ale nie muszą) odpowiadać termodynamicznie stabilnym fazom. Co więcej, konwencjonalne rozróżnienie pomiędzy uszkodzeniem matrycy (skupiska defektów punktowych) i osadami (skupiska rozpuszczone) staje się niewyraźne. Projekt poświęcił również wysiłek, wykorzystując wiedzę DFT i potencjały międzyatomowe odziedziczone po PERFECT, aby zrozumieć wpływ węgla w rozwiązaniu, którego rola stawała się coraz wyraźniejsza w zakresie tworzenia kompleksów węgla-pustki, które zatrzymują jednowymiarowe migrujące pętle pryzmatyczne.81 jednocześnie nie zaniedbano specyfiki Cu jako gatunku strącającego i poświęcono szeroko zakrojone badania stabilności osadów cu, 82 zwiększonej o wolne miejsca, 83 oraz symulacji wytrącania cu.84
Ten obraz zapoczątkował próbę stopniowego wprowadzenia mechanizmów, które zostały zidentyfikowane na poziomie atomowym (przeciąganie i gromadzenie substancji rozpuszczonych w klastrach defektów punktowych) w modelach ewolucji mikrostruktury opartych na OKMC lub RT: proces, który był kontynuowany w późniejszych projektach i nadal trwa (patrz projekt H2020/Soteria poniżej). W związku z tym opracowano modele OKMC najpierw dla Fe-C85,86 i Fe-Cu-C87, a później dla Fe-C-MnNi w aproksymacji szarego stopu,tj. 88,89, w tym wpływ roztworów przez parametry, a nie wprost. Modele te dostarczyły po raz pierwszy w miarę zadowalającego wyjaśnienia dla obserwacji pochodzących z PIE eksperymentu REVE.22-26 jednak ze względu na intensywność obliczeniową symulacji OKMC, Typ modeli, które mają być połączone w zintegrowanym module do przewidywania wzrostu granicy plastyczności stali RPV, może być oparty tylko na równaniach szybkości, tak jak miało to miejsce w modułach RPV-13 i RPV-228. W związku z tym konieczne było postęp również wzdłuż linii RT, pracując nad kodem crescendo Cluster dynamics,70,87,90, który wykazywał znacznie lepszą stabilność numeryczną w stosunku do kodu poprzednio stosowanego w RPV-1 i RPV-2. Głównym ograniczeniem podejścia CD jest to, że wprowadzenie mechanizmów, takich jak blokowanie jednowymiarowych migrujących pętli przez kompleksy wolnych atomów węgla lub przeciąganie rozpuszczonych przez defekty punktowe, nie jest tak proste jak w OKMC, podczas gdy złożoność chemiczna pozostaje ograniczona do jednej rozpuszczonej (w tym przypadku Cu), patrz również, np., Ref. 91.