WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 4 01;05 Пластическая деформация монокристаллов алюминия в компьютерном эксперименте © А.И. Лобастов, В.Е. Шудегов, В.Г. Чудинов Удмуртский государственный университет, 426034 Ижевск, Россия (Поступило в Редакцию 15 июля 1998 г.) Выполнены две серии компьютерных экспериментов по исследованию эволюции атомной структуры монокристаллов алюминия в условиях импульсных внешних нагрузок и больших пластических деформаций.

В первом случае межатомное взаимодействие описывали псевдопотенциалом, а во втором — эмпирическим потенциалом. Деформацию осуществляли поэтапно, так что после каждого этапа деформации (2%) систему релаксировали методом молекулярной динамики к новому равновесному состоянию при температуре 300 K.

Конечная деформация кристалла составляла 70%. Результаты компьютерных экспериментов показали, что, несмотря на различие особенностей пластического поведения алюминия при использовании различных потенциалов, деформационный процесс в обоих случаях преимущественно протекает по двойниковому механизму. Причем смена механизма или схемы пластической деформации в данных экспериментах зависит не только от сил межатомного взаимодействия и размера кристалла, но и от степени дефектности исследуемого объекта.

Введение ческих граничных условий при температуре T = 300 K.

На каждом этапе монокристалл алюминия сжимали на Известно, что пластическая деформация твердых тел 2% по оси 0Z (деформация zz отрицательна), а по осям осуществляется за счет дефектов различной природы.

0X и 0Y растягивали так, чтобы объем его оставалНесмотря на существование прямых методов наблю- ся постоянным (деформации xx и yy положительны).

дения дислокаций и других элементарных носителей Проведены две серии компьютерных экспериментов. В деформационных процессов, вопрос о механизмах пла- первом случае межатомное взаимодействие описывастической деформации, в частности в условиях ударного ли псевдопотенциалом, рассчитанным по схеме Хейне– воздействия при больших пластических деформациях, Абаренкова–Анималу [14], а во втором — эмпиричедо сих пор остается до конца не выясненным. В этих ским потенциалом Баскеса [5]. После каждого этапа случаях необходимая информация может быть получена деформации систему релаксировали с использованием при математическом моделировании соответствующих программы метода молекулярной динамики [6] к новому процессов на ЭВМ. В последнее время компьютерное равновесному состоянию. В процессе проведения коммоделирование стало эффективным методом исследова- пьютерных экспериментов осуществляли непрерывный ния пластической деформации и ее механизмов. Так, в контроль за функцией радиального распределения атоработе [1] в рамках квазитрехмерной квазистатической мов (ФРРА), температурой, энергией системы и другими модели проведен компьютерный эксперимент по изуче- параметрами. Проводился анализ расположения атомов нию механизмов перехода однородно деформированного в различных плоскостях.

кристалла аргона от бездефектного состояния к состоянию с дефектами. В работах [2,3] методом молекулярной Результаты и их обсуждение динамики исследовалось поведение монокристаллов и -Fe при мгновенной пластической деформации. ТаПри анализе полученных результатов каждый эксперикой подход позволил непосредственно увидеть процессы мент был условно поделен на несколько стадий. Начало зарождения дефектов их трансформации. Данная рабои завершение стадии определялось по ФРРА. В эти та является продолжением [2] и посвящена изучению моменты она состояла из пиков присущих ГЦК решетке.

эволюции структуры при пластической деформации граНа каждой отдельной стадии ФРРА были либо сильнецентрированных кристаллов (ГЦК) в зависимости от но размыты, либо на них появлялись дополнительные потенциалов межатомного взаимодействия.

пики. Так, в случае использования псевдопотенциала деформационный процесс начинается с полиморфного превращения [7]. В данном эксперименте правильная Методика расчетов ОЦК решетка приходится на 21%, что соответДля проведения компьютерных экспериментов были ствует сжатию элементарной ГЦК ячейки вдоль оси сформированы монокристаллы алюминия с ГЦК решет- 0Z от 0.356 до 0.286 nm и растяжению вдоль осей 0X кой в форме куба, состоящие из 2048 атомов. Деформа- и 0Y от 0.356 до 0.399 nm. ФРРА для этих случаев цию осуществляли поэтапно с использованием цикли- представлены на рис. 1. Потенциальная энергия системы 124 А.И. Лобастов, В.Е. Шудегов, В.Г. Чудинов Рис. 1. Трансформация ФРРА. I —ОЦК, II —ГЦК.

в ходе этого процесса линейно увеличивалась с ростом ГЦК прослойки. Начиная с этого момента деформация деформации вплоть до 14%, после чего стала медленно кристалла происходит за счет движения частичных дисубывать до окончания фазового перехода. В дальнейшем локаций по различным плоскостям скольжения. Харакпонижение потенциальной энергии происходило только терной особенностью этой стадии деформации является за счет образования дефектов кристаллической решетки.

образование барьеров Ломер–Катрелла, которые прочно Так, при 24% наблюдали смещение плоскостей блокируют плоскости скольжения, тем самым снижая (100),1 которые на данном этапе представляли собой пластичность кристалла [8]. На рис. 4 представлена плотноупакованные плоскости типа (111) в направленисхема расположения атомов в плоскости типа (110) при ях [010] и [010]. Данное обстоятельство приводит к образованию дефектной структуры, в которой присутствуют как дефекты упаковки, так и двойники. На рис. представлена плоскость кристалла типа (110) {(001) }, продеформированного на 30%, в котором межатомные и межплоскостные расстояния полностью соответствуют аналогичным расстояниям исходного монокристалла с ГЦК решеткой.

Следующий этап пластического течения характеризуется бездислокационным механизмом деформации. Последовательное расположение атомов в зависимости от степени деформации представлено на рис. 3. Вследствие коллективного движения атомов при = 40% плотноупакованные плоскости {(120) } составляют угол = 63.435 с соответствующими плоскостями кристалла деформированного на 30%. Образовавшееся дефектное состояние отличается от предыдущего тем, что в нем присутствуют более протяженные области правильной Здесь и далее штрих означает, что определение символов направлений и плоскостей происходит относительно начальной системы Рис. 2. Расположения атомов в плоскости типа (110). Дефоркоординат.

мация = 30%.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Пластическая деформация монокристаллов алюминия в компьютерном эксперименте Рис. 3. Схема расположения атомов в плоскостях (120). = 32 (a); 34 (b), 36 (c); 38 (d); 40% (e, f ).

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 126 А.И. Лобастов, В.Е. Шудегов, В.Г. Чудинов = 60%. Когда деформация достигает 70%, барьеры исчезают, а структура кристалла оказывается состоящей только из двойников, причем ФРРА становится вновь типичной для ГЦК решетки. Плотноупакованные плоскости в этом случае относительно начальной системы координат имеют индексы (3.5 · 10). При этом значении деформации размер кристалла по оси 0Z становится на столько мал, что делает невозможным в дальнейшем идентификацию механизма пластической деформации.

При описании межатомных взаимодействий потенциалом Баскеса на начальных этапах деформации наблюдается реализация схемы Закса [9]. Начиная с = 10% последовательные сдвиги плоскостей (111) приводят к зарождению и росту двойников за счет частичных дислокаций. Смена направления скольжения и скользящих плоскостей, которая наблюдается при = 24%, Рис. 6. Расположения атомов в плоскости типа (110). Деформация = 68%.

приводит к тому, то к = 32% плоскость (010) первоначально идеальной решетки трансформируется в плоскость типа (111), а плоскость (001) —в плоскость типа (110). Чередование плотноупакованных плоскостей представлено на рис. 5. На следующем этапе в результате многократного скольжения по различным плоскостям средняя область кристалла (между штриховыми линиями) при = 38% имеет на две плоскости типа (111) больше. Однако впоследствии вновь наблюдается скольжение по одной системе и к = 52% решетка становится бездефектной, но развернутой относительно начальной системы координат.

В дальнейшем процесс пластического течения носит Рис. 4. Расположения атомов в плоскости типа (110). Дефор- более сложный характер из-за большого числа возникамация = 60%.

ющих дефектов и взаимодействия между собой последних. Данное обстоятельство отображено на рис. 6, где представлена плоскость типа (110). Важно отметить, что при достижении = 70% кристалл приобретает такую же структуру, как на рис. 4. Различие заключается в том, что у кристалла, деформированного на 70%, область между штриховыми линиями состоит всего лишь из трех плотноупакованных плоскостей.

Таким образом, несмотря на различие пластического поведения при использовании различных потенциалов, деформационный процесс в обоих случаях преимущественно протекает по двойниковому механизму. Смена механизма или схемы пластической деформации в данных экспериментах зависит не только от сил межатомного взаимодействия, размера кристаллита, но и от степени дефектности исследуемого объекта.

Проведенные компьютерные эксперименты показали, что при решении задач пластичности, в частности изучения механизмов пластической деформации, ЭВМ может служить эффективным методом исследования в решении Рис. 5. Расположения атомов в плоскости типа (110). Дефорподобных задач.

мация = 32%.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Пластическая деформация монокристаллов алюминия в компьютерном эксперименте Список литературы [1] Дмитриев С.В., Овчаров А.А., Старастенков М.Д., Козлов Э.В. // ФТТ. 1996. Т. 38. Вып. 6. С. 1805–1811.

[2] Шудегов В.Е., Лобастов А.И., Лихачев В.А. и др. // ЖТФ.

1995. Т. 65. Вып. 6. С. 94–101.

[3] Лобастов А.И., Шудегов В.Е., Чудинов В.Г. // ЖТФ. 1997.

Т. 67. Вып. 12. С. 100–102.

[4] Чудинов В.Г., Долгушева Е.Б., Юрьев А.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1991. Т. 4. С. 2086–2092.

[5] Baskes M.I. Melins C.P. // Phys. Rev. B. Vol. 20. N 8. P. 3197.

[6] Дядин В.М., Чудинов В.Г., Гондырева Л.И., Бычков Д.А.

Деп. в ВИНИТИ. № 1537-B-91. М., 1991. 23 с.

[7] Новиков И.И., Розин К.М. Кристалография и дефекты кристаллической решетки. М.: Металлургия, 1990. 336 с.

[8] Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976. 391 с.

[9] Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Елсукова Т.Ф., Иванчич А.К. // Изв. вузов. Физика. 1982. Т. 25. № 6. С. 5–27.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.