Структурная перестройка в нановолокне Ni3Al, содержащем парные неконсервативные антифазные границы, при высокоскоростной одноосной деформации растяжения Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

СТРУКТУРНАЯ ПЕРЕСТРОЙКА В НАНОВОЛОКНЕ №3А1, СОДЕРЖАЩЕМ ПАРНЫЕ НЕКОНСЕРВАТИВНЫЕ АНТИФАЗНЫЕ ГРАНИЦЫ, ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОДНООСНОЙ ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ

© М.Д. Старостенков, Н.В. Синица, А.В. Яшин

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползнуова, г. Барнаул, Россия,

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: деформация; растяжение; сверхструктура; неконсервативная антифазная граница (АФГ); нановолокно.

Исследована структурная перестройка, имеющая место в нановолокне №зА1 в процессе высокоскоростной одноосной деформации растяжения. Нановолокна содержали пары неконсервативных антифазных границ. Моделирование было выполнено с использованием метода молекулярной динамики.

1. Введение. Известно, что наличие в металлах и сплавах различного рода планарных дефектов, например, АФГ, границ зерен и др. придает им особые физико-химические свойства при нагрузке [1].

2. Целью настоящей работы является исследование особенностей структурно-энергетических превращений происходящих в нановолокне сплава №3А1 в процессе высокоскоростной деформации одноосного растяжения, с внедренными парными неконсервативными АФГ в направлении <001>.

3. Модель и методика компьютерного эксперимента. В качестве объекта исследования использовалось нановолокно интерметаллида №3А1, содержащего парные равноудаленные неконсервативные (термические) АФГ (ТАФГ) /<110>{001} типа АА и АВ. Парные границы поочередно внедрялись равноудалено друг от друга в направлении <001> по всей протяженности нановолокна. Данная модель соответствовала сверхструктуре типа Ь12(М).

4. Размер расчетного блока равнялся 12x12x18 элементарных ячеек (4,07x4,07x6,20 нм3). Общее количество атомов составляло 10368. К границам расчетного блока прикладывались смешанные граничные условия: свободные в направлениях <100>,<010> и жесткие в направлении <001>.

5. Исследование динамики структурной перестройки выполнялось методом молекулярной динамики с использованием парных потенциальных функций Морза [2] при температуре 300 К.

6. Результаты и обсуждения. В настоящей работе в результате высокоскоростной одноосной деформации растяжения прослеживались четыре основных стадии деформации: квазиупругая, пластическая, течения и разрушения.

7. Первый этап деформации характеризовался смещением атомов исследуемого нановолокна относительно положения равновесия.

Рис. 1. График зависимости запасенной энергии деформации от времени эксперимента и напряжения на захватах от времени в нановолокне №3А1 с внедренными парными ТАФГ АА 1/г<110>{001} - (а) и ТАФГ АВ 1/г<110>{001} - (б) на расстоянии 9 слоев

Рис. 2. График зависимости числа атомов с ГПУ и промежуточной топологиями ближайших соседей от времени в нановолокне №3А1 с 7 слоями между внедренными ТАФГ АА /<110>{001}

Рис. 3. Нановолокно №3А1 на 120 пс с парными внедренными ТАФГ / < 110 > {001} на расстоянии 7 слоев

8. Изменения в структуре нановолокна №3А1 в процессе деформации отражают графики зависимости запасенной энергии деформации и напряжения на захватах от времени (рис. 1).

Отмечается непрерывный рост напряжения на захватах. В центральной части нановолокна зафиксировано уменьшение сечения. При смене типа внедренных парных ТАФГ / < 110 > {001} с АА на АВ длительность первой стадии незначительно изменялась, в пределах 1-5 пс. Окончание стадии квазиупругой деформации характеризовалось появлением области зарождения пластической деформации. Стадия квазиупругой деформации заканчивалась сдвигом частей нановолокна друг относительно друга. Наблюдался процесс образования двух (АФД), выше и ниже плоскости скольжения.

На стадии пластической деформации протекающие структурно-энергетические превращения хорошо отражает график зависимости числа атомов с ГПУ и про-

межуточной топологиями ближайших соседей от времени (рис. 2).

Рост ГПУ фазы свидетельствовал о динамично протекающем механизме скольжения. Значительное число атомов с ГПУ упаковкой на 500 пс означало неполное восстановление ГЦК структуры. При различных типах внедренных ТАФГ АА и АВ было отмечено цикличное проскальзывание частей нановолокна и восстановление ГЦК структуры (рис. 3).

Особенности перестройки нановолокна во время пластической деформации выглядели следующим образом. В области деформации происходило преимущественное проскальзывание по плоскостям {111}. В случае внедрения АФГ типа АВ зарождение и последующие сдвиги в области деформации происходили на одной из АФГ. В случае если на пути сдвига находилась вторая внедренная парная АФГ, проскальзывание локализовалось на данной границе.

На третьей стадии деформации (течения) структурные перестройки происходили только в области образовавшейся шейки.

После разрушения и релаксации путем сверхбыстрого охлаждения до 0 К в исследуемом нановолокне присутствовали АФД, образовавшиеся ранее - на стадии пластической деформации. После релаксации величина общей доли атомов с ГПУ топологией не превышала 2,5 % от общего числа атомов нановолокна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Прочность наноструктур. М.: УФН, 2009. С. 337-357.

2. Царегородцев А.И., Горлов Н.В., Демьянов Б.Ф., Старостен-ков М.Д. Атомная структура АФГ и ее влияние на состояние решетки вблизи дислокации в упорядоченных сплавах со сверхструктурой L12 // Физика металлов и металловедение. 1984. Т. 58. № 2. С. 336.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Starostenkov M.D., Sinitsa N.V., Yashin A.V. Structure transformation of Ni3Al nanowire containing double non-conservative antiphase boundaries at high-velocity uniaxial tension deformation The structural transformation taking place in Ni3Al nanowire at high velocity uniaxial tension deformation was studied. The nanowires contain the pairs of non-conservative antiphase boundaries. Computer simulation was made constructed by the method of molecular dynamics.

Key words: deformation; tension; superstructure; nonconservative antiphase boundaries (APB); nanowire.