Prakt. Met. Sonderband 52 (2018) 31
"Gen da 2.5 AB-INITIO BERECHNUNGEN
yet Bei der Simulation und Modellierung wird, wie bei Experimenten, die geeignete Technik
ion die als basierend auf der Fragestellung gewählt [21]. Mit der Zunahme der verfügbaren
1 ot zeig, Rechenleistung hat die atomistische Beschreibung in den letzten zwei Jahrzehnten an
i SS Sich um Bedeutung gewonnen, da sie experimentell kaum erreichbare (sub )atomare Auflösung
7 Wilden. Be; bietet (siehe Bild 2). Die Atom-Atom-Wechselwirkung wird entweder mit semi-empirischen
A AUS dem Potentialen wie Lennard-Jones, Morse oder „embedded atom model“ (EAM)
Seng Immer parametrisiert, oder sie werden direkt aus „first principle“-Ansätzen berechnet, d. h. unter
er Zinkschicht Verwendung der Quantenmechanik.
RIS Vor dem Letztere, auch ab-initio-Berechnungen genannt, werden heute routinemäßig zur
1S durch einen Beurteilung von Phasenstabilitäten, Gitterparametern, elastischen Eigenschaften,
dr einen Diffusionskoeffizienten oder Oberflächen- und Grenzflächenphänomenen herangezogen,
7 Verdeufichen aber auch um Informationen über elektronische und optische Eigenschaften sowie
9 [19 apr. elektronische Ladungsverteilungen (Bindungen) zu erhalten. Ihre großen Vorteile sind die
USSCheidungen quantenchemische Genauigkeit und eine (fast) parameterfreie Beschreibung, während
ind (Bid 7) Die ihre Komplexität die Systemgrößen meist auf maximal Hunderte von Atomen beschränkt.
dung bekannt. Im Folgenden soll beispielhaft die Möglichkeit zur (qualitativen) Vorhersage von
SQUNgen sowie Phasenpräferenz für eine Reihe von Legierungselementen in einem untypischen
Zinkschmelzen Werkzeugstahl gezeigt werden. Dazu wurde Berechnungen für einen Werkzeugstahl des
Legierungssystems Fe-Co-Mo gezeigt, der einen sehr geringen C-Gehalt aufweist und
eine ferritische Fe-Co Matrix mit intermetallischen Ausscheidungen (u-Phase, (FeCo)7
Mo6) besitzt [22]. Die für die Berechnung verwendeten Phasen sind daher a-Ferrit (krz)
Fe0,7C00,3 (modelliert als 36-atomige 25Fe-11Co-Superzelle) und die p-Phase
(Fe0,7C00,3)7Mo06 (modelliert als eine 39-atomige 18Mo-15Fe-6Co-Superzelle). Die ab-
initio-Berechnungen wurden verwendet, um die Gesamtenergie, Etot, von Superzellen
(aufgebaut aus mehreren Einheitszellen) mit keinem oder einem Substitutionselement X
zu berechnen. Die beiden betrachteten Szenarien vergleichen Etot von X entweder in der
Matrix (a-Phase) oder in der u-Phase:
AE> 0 legt die Präferenz für die Anwesenheit von X, zum Beispiel Cu, Cr, Mn, Ni, Si oder
B, in der Matrix nahe, während AE <0 einer bevorzugten Löslichkeit von X in die u-Phase
entspricht. Die Ergebnisse sind in Bild 8 ersichtlich. Daraus folgt, dass Mn, Si und Cr die y-
Jefinden sich Phase bevorzugen, Ni keine starke Tendenz aufweist und Cu bevorzugt Positionen in der
ß Ref. [17] Matrix einnimmt. All diese Vorhersagen wurden durch Atomsondenstudien bestätigt, die
die Elementverläufe über eine Matrix / u-Phasen-Korngrenze zeigen. Als Beispiel für einen
Atomsondenuntersuchung an dem genannten Legierungstyp sei auf [23] verwiesen. Die
scheinbare Unstimmigkeit zwischen Berechnungen (B in der u-Phase) und Experiment (B
an Korngrenzen oder in der Matrix) kann durch die wahrscheinliche Einnahme interstitieller
Positionen von B im realen Material im Gegensatz zur hier betrachteten substitutionellen
Platzbesetzung erklärt werden
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ind Shan der
