Випуски МФіНТ »  Том 36, випуск 9

Комп’ютерне моделювання механізму виникнення локалізованих синергетичних дефектних субструктур при пластичній деформації нанокристалів металів

О. С. Гаценко$^{1}$, О. Е. Засимчук$^{1}$, П. О. Теселько$^{2}$, С. Г. Стіренко$^{3}$, Ю. Г. Гордієнко$^{3}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03680, МСП, Київ-142, Україна
$^{2}$Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, 01601 Київ, Україна
$^{3}$Національний технічний університет України «КПІ», пр. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 06.08.2013; остаточний варіант - 28.08.2014. Завантажити: PDF

Комп’ютерне моделювання процесів пластичної деформації для нанокристалів металів із ГЦК-ґратницею (Al, Cu, Pt) виконано методою молекулярної динаміки із використанням нових методик інтенсивних обчислень на основі технологій «наукового шлюзу» (Science Gateway) і WS-PGRADE/gUSE, ґрід-інфраструктур «сервісний ґрід» (Service Grid) і «настільний ґрід» (Desktop Grid). Знайдено нові риси еволюції невпорядкованого розташування атомів (так званих атом-вакансійних станів), які виникають у процесі одновісного монотонного навантаження ідеальних нанокристалів кубічної орієнтації. Показано, що колективна перебудова розташування атом-вакансійних станів призводить до значних змін усереднених значень напружень. Внаслідок еволюції атом-вакансійних станів утворюються колективні самоорганізовані зони локалізації напружень, які мають вигляд квазиперіодичних смуг із різними кількісними параметрами для різних металів (товщина, період, момент утворення), проте із однаковими якісними ознаками (некристалографічний напрямок, еволюція, нахил, наскрізне розташування в об’ємі, вихід на поверхню). Модельовані смуги неоднорідного розподілу напружень трактуються як провісники утворення смуг корельованого переміщення груп атом-вакансійних (або сильно збуджених) станів, тобто каналів неоднорідної локалізованої (гідродинамічної) пластичної течії на найнижчому (нанометровому) масштабному рівні. При подальшій еволюції такі смуги можуть ставати носіями гідродинамічних мод деформації на мікроскопічному та макроскопічному рівнях, що спостерігалося в експериментах різних наукових груп. Моделюванням результатів рентґенографічної аналізи показано, що зі збільшенням ступеня деформації відбувається зменшення інтенсивности дифракційних піків та їх зсув, що свідчить про присутність дефектів точкового типу. Таким чином, в якісному сенсі можна зробити висновок щодо правильности трактування невпорядкованих положень атомів у даній роботі, а саме, як точкових дефектів із властивостями атом-вакансійних станів. На основі викладених результатів та їх обговорення робиться висновок, що пластична деформація нанокристалів ГЦК-металів в умовах, коли дислокаційне ковзання неможливе, здійснюється шляхом локалізованої гідродинамічної течії речовини по каналах з нещільною некристалічною (рідиноподібною) структурою за механізмом утворення метастабільних точкових дефектів атом-вакансійного типу, їх еволюції і самоорганізації в смуги локалізації на більших масштабних рівнях.

Ключові слова: пластична деформація, масоперенесення, дефектні субструктури, нанокристали, синергетика, комп’ютерне моделювання, рентґенографічна аналіза.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. E. E. Zasimchuk and L. I. Markashova, Mater. Sci. Eng. A, 127, No. 1: 33 (1990). Crossref
  2. Yu. G. Gordienko, R. G. Gontareva, J. S. Schreiber, E. E. Zasimchuk, and I. K. Zasimchuk, Adv. Eng. Mater., 8, No. 10: 957 (2006). Crossref
  3. E. E. Zasimchuk, Yu. G. Gordienko, R. G. Gontareva, and I. K. Zasimchuk, J. Mater. Eng. Perf., 12, Iss. 10: 69 (2003).
  4. Yu. G. Gordienko, E. E. Zasimchuk, and R. G. Gontareva, J. Mater. Sci. Lett., 22, No.3: 241 (2003). Crossref
  5. Yu. G. Gordienko, E. E. Zasimchuk, R. Gontareva, and V. Alexandrov, Int. J. Eng. Simul., 1, No. 3: 2 (2000).
  6. P. V. Kuznetsov, I. V. Petrakova, Y. G. Gordienko, E. E. Zasimchuk, and V. L. Karbovskii, Phys. Mesomech., 12, No. 1: 85 (2009). Crossref
  7. E. E. Zasimchuk, Yu. G. Gordienko, L. Markashova, and T. Turchak, J. Mater. Eng. Perf., 18, Iss. 7: 947 (2009). Crossref
  8. E. Zasimchuk, L. Markashova, O. Baskova, T. Turchak, N. Chausov, V. Hutsaylyuk, and V. Berezin, J. Mater. Eng. Perf., 22, Iss. 11: 3421 (2013). Crossref
  9. Е. Э. Засимчук, Л. И. Маркашова, Т. В. Турчак, Н. Г. Чаусов и др., Физическая мезомеханика, 12, № 2: 77 (2009).
  10. Н. Чаусов, Е. Засимчук, Л. Маркашова, В. Вильдеман и др., Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 4: 54 (2008).
  11. E. Zasimchuk, Yu. Gordienko, L. Markashova, and T. Turchak, J. Mater. Eng. Perf., 18, Iss. 7: 947 (2009). Crossref
  12. Е. Э. Засимчук, Ю. Г. Гордиенко, В. И. Прудникова, Т. В. Турчак, Металлофиз. новейшие технол., 27, № 5: 595 (2005).
  13. Yu. G. Gordienko and E. E. Zasimchuk, Philos. Mag. A, 70, No. 1: 99 (1994). Crossref
  14. В. Е. Панин, В. Е. Егорушкин, Ю. А. Хон, Т. Ф. Елсукова, Изв. вузов. Физика, 24, № 12: 5 (1982).
  15. В. Е. Егорушкин, В. Е. Панин, Е. В. Савушкин, Ю. А. Хон, Изв. вузов. Физика, 30, № 1: 9 (1987).
  16. S. Flach and A. V. Gorbach, Phys. Reports, 467: 1 (2008). Crossref
  17. V. I. Dubinko, P. A. Selyshchev, and J. F. R. Archilla, Phys. Rev. E, 83, No. 4: 041124 (2011). Crossref
  18. O. Gatsenko, L. Bekenev, E. Pavlov, and Yu. G. Gordienko, Comp. Sci., 14, No. 1: 27 (2013). Crossref
  19. P. Kacsuk, Z. Farkas, M. Kozlovszky, G. Hermann, A. Balasko, K. Karoczkai, and I. Marton, J. Grid Comp., 9, No. 4: 479 (2012).
  20. O. Baskova, O. Gatsenko, and Yu. G. Gordienko, Proc. Cracow Grid Workshop’10 (2011, Cracow, Poland), p. 234.
  21. Y. Gordienko, L. Bekenev, O. Baskova, O. Gatsenko, E. Zasimchuk, and S. Stirenko, Proc. of 6th International Workshop on Science Gateways ‘IWSG-2014’ (2014, Dublin, Ireland), arXiv preprint arXiv:1404.5611.
  22. S. Stirenko, O. Zinenko, and D. Gribenko, Proc. Third Int. Conf. ‘High Performance Computing HPC-UA 2013’ (2013, Kyiv, Ukraine), p. 380.
  23. S. M. Foiles, M. I. Baskes, and M. S. Daw, Phys. Rev. B, 33, No. 12: 7983 (1986). Crossref
  24. K. W. Jacobsen, J. K. Norskov, and M. J. Puska, Phys. Rev. B, 35, No. 14: 7423 (1987). Crossref
  25. S. Plimpton, J. Comp. Phys., 117: 1 (1995). Crossref
  26. W. Humphrey, A. Dalke, and K. Schulten, J. Mol. Graph., 14, No. 1: 33 (1996). Crossref
  27. A. Stukowski, Mod. Sim. Mater. Sci. Eng., 18, No. 1: 015012 (2010). Crossref
  28. Ю. Г. Гордієнко, Металлофиз. новейшие технол., 33, № 9: 1217 (2011).
  29. H. Tsuzuki, P. Branicio, and J. Rino, Comp. Phys. Comm., 177: 518 (2007). Crossref
  30. E. E. Zasimchuk, Yu. G. Gordienko, J. Schreiber, R. Gontareva, P. Kuznetsov, and V. Karbovsky, Mater. Sci. Forum, 567: 421 (2008).
  31. Е. Э. Засимчук, И. Т. Ярматов, Физическая мезомеханика, 12, № 3: 55 (2009).
  32. Е. Э. Засимчук, Ю. Г. Гордиенко, А. С. Гаценко, А. И. Баскова, И. Т. Ярматов, Физическая мезомеханика, 13, № 2: 61 (2010).
  33. O. Gatsenko, O. Baskova, O. Lodygensky, G. Fedak, and Yu. G. Gordienko, Key Eng. Mater., 465: 306 (2011). Crossref
  34. M. Wojdyr, Y. Mo, E. Grzanka, S. Stelmakh, S. Gierlotka, T. Proffen, and I. Szlufarska, Z. Kristallogr., 26, Suppl.: 255 (2007). Crossref
  35. М. А. Кривоглаз, Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов в неидеальных кристаллах (Киев: Наукова думка: 1988).

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»