Fe-Cr, Ni-Cr, Fe-Ni ve FeCrNi alaşım sistemlerinin faz dönüşüm mekanizmasının moleküler dinamik yöntemle incelenmesi
Investigation of phase transformation mechanism of Fe-Cr, Ni-Cr, Fe-Ni and FeCrNi alloy systems by molecular dynamics method
Yazar: MERVE DUMAN
Danışman: PROF. DR. FATİH AHMET ÇELİK
Bitlis Eren Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Modelleme = Modelling ; Moleküler dinamik = Molecular dynamic

Özet:
Sunulan çalışmada, orta (medium) entropili alaşımlar sınıfına giren Fe-Cr, Ni-Cr, Fe-Ni ve Fe-Cr-Ni ikili ve üçlü alaşım sistemleri SCIGRESS tabanlı çok platformlu moleküler tasarım, modelleme ve dinamik yazılımı kullanılarak moleküler dinamik (MD) benzetim (simülasyon) metodu ile modellenmiştir. Modellenen sistemler belirli konsantrasyon oranlarında ve faz diyagramlarındaki kristal örgü yapılarına uygun şekilde kurulmuştur. İlk olarak, sistemlere uygun potansiyel fonksiyonu olarak Grujicic-Zhou  (GZ) tipi gömülü atom metoduna dayalı potansiyel enerji fonksiyonu seçilmiştir. Daha sonra, model sistemler belirli bir süre gevşetme (relaxation) sürecine tabi tutulmuş ve faz uzayında en kararlı yapıları elde edilmiştir. Son olarak, en kararlı yapılar üzerinde ısıtma-soğutma işlemleri uygulanarak model sistemlerin faz dönüşüm mekanizmaları incelenmiştir. Bu süreçlerde, sıcaklık, hacim, entalpi, potansiyel enerji ve yoğunluk gibi termodinamik parametreler hesaplanmıştır. Ayrıca, faz dönüşüm mekanizması ve yapısal özellikler radyal dağılım fonksiyonları (RDF) ve kara ortalama yer değiştirmeler (MSD) kullanılarak analiz edilmiştir. Dönüşümler esnasında elde edilen atomik konumlar kullanılarak MD hücrelerinin üç boyutlu resimleri ve oluşan kristal yapıların sayısı görselleştirme ve analiz yazılım programı kullanılarak elde edilmiştir. Tüm bu süreçlerde MD hesaplama yöntemi ile elde edilen sonuçlar deneysel veriler ile karşılaştırılarak yorumlanmıştır.

Abstract:
In the presented study, Fe-Cr, Ni-Cr, Fe-Ni and Fe-Cr-Ni binary and ternary alloy systems, which are classified as medium entropy alloys, were modelled by using molecular dynamics (MD) simulation method based on SCIGRESS multiplatform molecular design, modeling and dynamics software. Model systems were built at specific concentration ratios in accordance with the crystal lattice structures in the phase diagrams. Firstly, the potential energy function based on the Grujicic-Zhou (GZ) type embedded atom method was chosen as the potential function suitable for the systems. Then, the model systems were subjected to the relaxation process for a determined period of time and the most stable structures in the phase space were obtained. Finally, the phase transformation mechanisms of the model systems were investigated by applying heating-cooling processes on the most stable structures. In these processes, thermodynamic parameters such as temperature, volume, enthalpy, potential energy and density were calculated. In addition, the phase transformation mechanism and structural properties were analysed using radial distribution functions (RDF) and mean square displacements (MSD). Three-dimensional pictures of MD cells and the number of crystal structures were obtained using the visualization and analysis software by using the atomic positions obtained during the transformations. In all these processes, the results obtained by the MD calculation method were interpreted and compared with the experimental data.