д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования
Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Head of the Chair of Advanced Mathematics and Mathematical Modeling
к.ф.-м.н., докторант кафедры высшей математики и математического моделирования
Cand. Sci. (Phys.-math.), Doctoral of the Chair of Advanced Mathematics and Mathematical Modeling
к.т.н., директор архитектурно-строительного института
Cand. Sci. (Eng.), Director of the Institute of Architecture and Construction
д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики
Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Head of Chair of Physics
С помощью метода молекулярной динамики проведено исследование структурных трансформаций в нанокристаллическом никеле, содержащем границы наклона <111><111>и <100> <100>, под действием деформации. Нанокристаллический никель создавали в модели путем кристаллизации из жидкого состояния расчетного блока в форме пластины толщиной 1,5 – 2,0 нм, содержащей специально введенные кристаллические затравки – цилиндрические кристаллические области с неподвижно зафиксированными атомами. При создании расчетного блока цилиндрические области с кристаллической структурой поворачивали на случайные либо заданные углы вокруг центральной оси цилиндров. Это делалось для того, чтобы конечные кристаллические зерна имели по завершении кристаллизации между собой границы наклона. Взаимодействия атомов никеля друг с другом описывали с помощью многочастичных потенциалов Клери-Розато, построенных в модели сильной связи. Деформацию сжатия или растяжения задавали путем изменения межатомных расстояний вдоль заданной оси. Основное внимание уделяли изучению механизма пластической деформации с участием границ зерен и тройных стыков. Решали следующие вопросы: что преимущественно является инициатором пластических сдвигов: поверхность или граница; имеются ли проявления самоорганизации в этом случае; генерируются ли дислокации или механизм пластической деформации в случае нанокристаллической структуры в основном связан с зернограничным проскальзыванием. В настоящей работе в результате моделирования было выяснено, что пластическая деформация при размере зерен порядка нескольких нанометров осуществляется преимущественно посредством зернограничного проскальзывания без образования дислокаций и внутризеренного скольжения, причем зернограничное проскальзывание в некоторых случаях сопровождает вращение зерен. Смещения атомов в процессе пластической деформации в рассматриваемых материалах в первую очередь формировались от свободных поверхностей: при растяжении атомные смещения, как правило, были направлены от поверхности в глубь поликристалла, при сжатии – наоборот, в сторону поверхности. В результате воздействия деформации процесс рекристаллизации протекал в моделируемом нанокристаллическом никеле интенсивнее, интенсивнее также в этом случае мигрировали дефекты и избыточный свободный объем к границам раздела (границам зерен и свободной поверхности).
The study of structural transformations in nanocrystalline nickel, containing <111> and <100> edge boundaries, under the eff ect of deformation was carried out using the method of molecular dynamics. Nanocrystalline nickel was created in the model by crystallization from a liquid state of the computational block in a plate shape of 1.5 – 2.0 nm thickness, containing specifi cally introduced crystal seeds – cylindrical crystalline areas with the fi xed motionless atoms. When creating the computational block, the cylindrical areas with a crystalline structure were rotated to random or predetermined angles around the central axis of cylinders. It was done so that the fi nal crystal grains after crystallization had edge boundaries between each other. Interactions of nickel atoms were described with the help of many-body potential of CleriRosato, constructed in the tight-binding model. Deformation of the compression or tension was set by changing the interatomic distances along a given axis. The main attention was paid to studying the mechanism of plastic deformation with the participation of grain boundaries and triple junctions. The following questions considered: what is the preferably initiator of the plastic shears: surface or boundary; whether there are manifestations of self-organization in this case; whether the dislocations are generated or mechanism of plastic deformation in the case of nanocrystalline structure is mainly due to grain boundary sliding. In the present study, as a result of the computer simulation it was found that the plastic deformation with the grain size of several nm is performed mainly by the grain boundary sliding without the formation of dislocations and intragrain slip. Herewith the grain boundary sliding in some cases accompanies the grain rotation. Displacements of atoms in the plastic deformation process in these materials were formed primarily from free surfaces: at the tension atomic displacements usually were directed from the surface into the polycrystal, at compression, conversely, toward the surface. As a result of the deformation the recrystallization process proceeded in the simulated nanocrystalline Ni more intensively, defects and excess free volume intensively migrated to the interfaces (grain boundaries and free surfaces).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.