Компьютерное моделирование механизма возникновения локализованных синергетических дефектных субструктур при пластической деформации нанокристаллов металлов
А. С. Гаценко$^{1}$, Е. Э. Засимчук$^{1}$, П. О. Теселько$^{2}$, С. Г. Стиренко$^{3}$, Ю. Г. Гордиенко$^{3}$
$^{1}$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина
$^{2}$Киевский национальный университет имени Тараса Шевченка, ул. Владимирская, 64, 01601 Киев, Украина
$^{3}$Национальный 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