Метод построения исходных структур для молекулярно-динамического моделирования нанокристаллов с неравновесными границами зерен, содержащими внесенные дислокации

Аннотация на русском языке

Предложен метод построения исходных атомных моделей нанокристаллов с внесенными дислокациями в границах зерен для молекулярно-динамического моделирования. Метод использован для определения атомной структуры и энергий границ зерен в колончатых нанокристаллах с осью колонны [112].A method for the construction of initial atomic models of nanocrystals with extrinsic grain boundary dislocations (EGBDs) in grain boundaries (GBs) for molecular dynamics (MD) simulations is developed. The method is realized for f.c.c. nanocrystals with columnar grains having common crystallographic axis [112] parallel to the column axis and thus divided only by [112] tilt GBs. This system is convenient for studies of interactions between GBs and lattice dislocations, since each grain can be deformed by edge dislocations of only one slip system, which have lines parallel to the [112] axis. In order to introduce extrinsic dislocations to the boundaries of a selected grain, its contour is assumed to be strained by a given shear strain  so that a contour of a freely sheared grain is formed. This contour is filled in by atoms of a f.c.c. lattice with [112] direction parallel to the column axis and then the grain thus formed is subjected to an elastic shear strain -. This results in a deformed grain having the original shape, on the boundaries of which precursors of EGBDs are formed. In order to prevent these precursors from spontaneous annihilation during MD relaxation, one can temporarily fix GB atoms, or apply a proper external stress, or do both. A case study is carried out using two different protocols of MD relaxation to determine atomic structures and energies of nonequilibrium GBs.

Ссылки (28)

1.
T. P. Darby, R. Schindler, R. W. Balluffi, Philos. Mag. 37, 245 (1978). DOI: 10.1080/01418617808235438
2.
R. Z. Valiev, V. Yu. Gertsman, O. A. Kaibyshev, Phys. Stat. Sol. (a) 97, 11 (1986). DOI: 10.1002/pssa.2210970102
3.
H. Gleiter. J. Less-Common Metals. 28, 237 (1972). DOI: 10.1016/0022-5088(72)90132-4
4.
A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z. Valiev, Acta Metall. Mater. 41, 1033 (1993). DOI: 10.1016/0956-7151(93)90152‑I
5.
P. H. Pumphrey, H. Gleiter. Philos. Mag. 32, 881 (1975). DOI: 0.1080/14786437508221629
6.
I. A. Ovid’ko, A. G. Sheinerman. Philos. Mag. 83, 1551 (2003). DOI: 10.1080/1478643031000088674
7.
A. A. Nazarov. Philos. Mag. Lett. 80, 221 (2000). DOI: 10.1080/095008300176191
8.
A. A. Nazarov. Philos. Mag. A 69, 327 (1994). DOI: 10.1080/01418619408244347
9.
R. R. Mulyukov. Rev. Adv. Mater. Sci. 11, 122 (2006).
10.
R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. Wiley, Hoboken. (2013).
11.
A. A. Nazarov, R. R. Mulyukov. Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology. Eds. W. Goddard, D. Brenner, S. Lyshevski, G. Iafrate. CRC Press, Boca Raton. (2002) pp.22‑1‑22‑41.
12.
R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov, Mater. Sci. Eng. A. 168, 141 (1993). DOI: 10.1016/0921-5093(93)90717‑S
13.
A. P. Zhilyaev, B.‑K. Kim, J. A. Szpunar, M. D. Baro, T. G. Langdon. Mater. Sci. Eng. A 391 (2005) 377. DOI: 10.1016/j.msea.2004.09.030
14.
V. V. Rybin. Large Plastic Deformations and Fracture of Metals. Metallurgiya, Moscow. (1986) 224 p. (in Russian). [В. В. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.]
15.
A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z. Valiev. Nanostr. Mater. 6, 775 (1995). DOI: 10.1016/0965-9773(94)90131-7
16.
A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z. Valiev., Scripta Mater. 34, 729 (1996). DOI: 10.1016/1359-6462(95)00573-0
17.
A. A. Nazarov, Scripta Mater. 37, 1155 (1997). DOI: 10.1016/S1359-6462(97)00230-3
18.
A. Hasnaoui, H. Van Swygenhoven, P. M. Derlet. Acta Mater. 50, 3927 (2002). DOI: 10.1016/S1359-6454(02)00195-7
19.
G. J. Tucker, D. L. McDowell. Int. J. Plast. 27, 841 (2011). DOI: 10.1016/j.ijplas.2010.09.011
20.
T. J. Rupert, C. A. Schuh. Phil. Mag. Lett. 92, 20 (2012). DOI: 10.1080/09500839.2011.619507
21.
T. Shimokawa, T. Hiramoto, T. Kinari, S. Shintaku. Mater. Trans. 50, 2 (2009). DOI: 10.2320/matertrans.MD200810
22.
A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z. Valiev. Phys. Stat. Sol. (a) 122, 495 (1990). DOI: 10.1002/pssa.2211220208
23.
S. M. Foiles, M. I. Daw, M. S. Baskes. Phys. Rev. B 33, 7983 (1986). DOI: 10.1103/PhysRevB.33.7983
24.
XMD – Molecular Dynamics for Metals and Ceramics. http://xmd.sourceforge.net/about.html.
25.
Home page for RasMol and Open RasMol. http://www.openrasmol.org.
26.
A. Stukowski. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010). DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012
27.
J. D. Honeycutt, H. G. Andersen. J. Chem. Phys. 91, 4950 (1987). DOI: 10.1021/j100303a014
28.
D. V. Bachurin, R. T. Murzaev, A. A. Nazarov. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 25, 085010 (2017). DOI: 10.1088/1361-651X/aa9199