Компьютерное моделирование механизма возникновения локализованных синергетических дефектных субструктур при пластической деформации нанокристаллов металлов
А. С. Гаценко1, Е. Э. Засимчук1, П. О. Теселько2, С. Г. Стиренко3, Ю. Г. Гордиенко3
1Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина
2Киевский национальный университет имени Тараса Шевченка, ул. Владимирская, 64, 01601 Киев, Украина
3Национальный технический университет Украины «КПИ», пр. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
Получена: 06.08.2013; окончательный вариант - 28.08.2014. Скачать: PDF
Компьютерное моделирование процессов пластической деформации для нанокристаллов металлов с ГЦК-решёткой (Al, Cu, Pt) выполнено методами молекулярной динамики с использованием новых методик интенсивных вычислений на основе технологий «научного шлюза» (Science Gateway) и WS-PGRADE/gUSE, грид-инфраструктур «сервисный грид» (Service Grid) и «настольный грид» (Desktop Grid). Найдены новые черты эволюции неупорядоченного расположения атомов (так называемых атом-вакансионных состояний), которые возникают в процессе одноосного монотонного нагружения идеальных нанокристаллов кубической ориентации. Показано, что коллективная перестройка расположения атом-вакансионных состояний приводит к значительным изменениям усреднённых значений напряжений. В результате эволюции атом-вакансионных состояний образуются коллективные самоорганизующиеся зоны локализации напряжений, которые имеют вид квазипериодических полос с различными количественными параметрами для разных металлов (толщина, период, момент образования), однако с одинаковыми качественными признаками (некристаллографическое направление, эволюция, наклон, сквозное расположение в объёме, выход на поверхность). Моделируемые полосы неоднородного распределения напряжений трактуются как предвестники образования полос коррелированного перемещения групп атом-вакансионных (или сильно возбуждённых) состояний, т.е. каналов неоднородного локализованного (гидродинамического) пластического течения на низком (нанометровом) масштабном уровне. При дальнейшей эволюции такие полосы могут стать носителями гидродинамических мод деформации на микроскопическом и макроскопическом уровнях, что наблюдалось в экспериментах различных научных групп. Моделированием результатов рентгенографического анализа показано, что с увеличением степени деформации происходит уменьшение интенсивности дифракционных пиков и их смещение, что свидетельствует о присутствии дефектов точечного типа. Таким образом, в качественном смысле можно сделать вывод о правильности трактовки неупорядоченных положений атомов в данной работе, а именно, как точечных дефектов со свойствами атом-вакансионных состояний. На основе изложенных результатов и их обсуждения делается вывод, что пластическая деформация нанокристаллов ГЦК-металлов в условиях, когда дислокационное скольжение невозможно, осуществляется путём локализованного гидродинамического течения вещества по каналам с неплотной некристаллической (жидкостнообразной) структурой по механизму образования метастабильных точечных дефектов атом-вакансионного типа, их эволюции и самоорганизации в полосы локализации на больших масштабных уровнях.
Ключевые слова: пластическая деформация, массоперенос, дефектные субструктуры, нанокристаллы, синергетика, компьютерное моделирование, рентгенографический анализ.
URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v36/i09/1207.html
PACS: 61.43.Bn, 61.72.Bb, 61.72.J-, 62.20.Fq, 62.25.Mn, 81.40.Lm, 83.50.Ha