Le fer et les alliages à base de fer présentent un intérêt considérable pour la communauté de la modélisation des matériaux en raison de l’immense importance technologique de l’acier. Les alliages ferritiques à base de fer sont largement utilisés dans les industries aéronautique et nucléaire en raison de leur résistance mécanique élevée, de leur faible dilatation à haute température et de leur résistance à la corrosion. Ces propriétés sont cependant affectées par des défauts ponctuels intrinsèques et extrinsèques. Dans cette thèse, nous décrivons en détail la cinétique des défauts ponctuels dans le fer α en utilisant la technique d’activation-relaxation cinétique (ARTc), une méthode de Monte Carlo cinétique hors réseau avec construction de catalogue à la volée. Plus précisément, nous nous intéressons aux mécanismes de diffusion du carbone (C) et des amas de lacunes dans le fer α. Dans un premier temps, nous étudions l’effet de la pression sur la diffusion du carbone dans le joint de grains de fer α. Nous constatons que l’effet de la pression peut fortement modifier la stabilité et la diffusivité du carbon dans le joint de grains d’une manière qui dépend étroitement de l’environnement local et de la nature de la déformation. Ceci peut avoir un impact majeur sur l’évolution des matériaux hétérogènes, avec des variations de pression locale qui altéreraient fortement la diffusion à travers le matériau. Nous étudions également l’évolution structurale des amas de lacunes contenant de deux à huit lacunes dans le fer α. Nous décrivons en détail le paysage énergétique, la cinétique globale et les mécanismes de diffusion associés à ces défauts. Nos résultats montrent des mécanismes de diffusion complexes même pour des défauts aussi simples que de petits amas de lacunes. Enfin, dans le dernier chapitre, nous discutons une approche de gestion de petites barrières par bassin local dans ARTc. Les simulations de Monte Carlo cinétiques deviennent inefficaces dans les systèmes où le paysage énergétique est constitué de bassins avec de nombreux états reliés par des barrières énergétiques très faibles par rapport à celles nécessaires pour quitter ces bassins. Au fur et à mesure que le système évolue état par état, il est beaucoup plus susceptible d’effectuer des événements répétés (appelés
oscillateurs) à l’intérieur du bassin d’énergie de piégeage que de s’échapper du bassin. De tels osccilateurs ne font pas progresser la simulation et ne fournissent que peu d’informations au-delà d’uen première évaluation de ces états. Notre algorithme de bassin local détecte, à la volée, des groupes d’états oscillants et les consolide en bassins locaux, que nous traitons avec la méthode de taux moyen d’auto-construction de bassin (bac-MRM), une approche de type équation maîtresse selon la méthode du taux moyen. / Iron and iron-based alloys are of considerable interest to the materials modelling community because of the immense technological importance of steel. Iron-based ferritic alloys are widely used in aeronautic and nuclear industries due to their high mechanical strength, low expansion at high temperatures, and corrosion resistance. These properties are affected by intrinsic and extrinsic point defects, however. In this thesis, we describe in detail the kinetics of point defects in α−iron using the kinetic activation-relaxation technique (kART), an off-lattice kinetic Monte Carlo method with on-the-fly catalog building. More specifically, we focus on the diffusion mechanisms of carbon and vacancy clusters in α−iron. First, we study the pressure effect on carbon diffusion in the grain boundary (GB) of α−iron. We find that the effect of pressure can strongly modify the C stability and diffusivity in the GB in ways that depend closely on the local environment and the nature of the deformation. This can have a major impact on the evolution of heterogeneous materials, with variations of local pressure that would strongly alter diffusion across the material. We also study the structural evolution of vacancy clusters containing two to eight vacancies in α−iron. We describe in detail the energy landscape, overall kinetics, and diffusion mechanisms associated with these defects. Our results show complex scattering mechanisms even for defects as simple as small vacancy clusters. Finally, in the last chapter, we discuss a local basin approach to managing low barrier events in the kART. Kinetic Monte Carlo simulations become inefficient in systems where the energy landscape consists of basins with numerous states connected by very low energy barriers compared to those needed to leave these basins. As the system evolves state by state, it is much more likely to perform repeated events (so-called flickers) inside the trapping energy basin than to escape the basin. Such flickers do not progress the simulation and provide little insight beyond the first identification of those states. Our local basin algorithm detects, on the fly, groups of flickering states and consolidates them into local basins, which we treat with the basin-auto-constructing Mean Rate Method (bac-MRM), a master equation-like approach based on the mean-rate method.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/28324 |
| Date | 02 1900 |
| Creators | Rahman, Md Mijanur |
| Contributors | Mousseau, Normand |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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