Forskere løser det 100-årige metallurgipuslespil

For at løse et 100-årigt puslespil i metallurgi om, hvorfor enkelte krystaller viser iscenesat hærdning, mens andre ikke gør, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere tog det ned på atomistisk niveau.

Forskningen vises i 5. oktober -udgaven af Naturmaterialer .

I årtusinder, mennesker har udnyttet metals naturlige egenskab til at blive stærkere eller hærde, når de deformeres mekanisk. I sidste ende forankret i bevægelsen af ​​forskydninger, metalhærdningsmekanismer er forblevet i hårkorset hos fysiske metallurger i mere end et århundrede.

Teamet under ledelse af LLNL -materialeforsker Vasily Bulatov udførte atomistiske simuleringer ved grænserne for supercomputing, der er tilstrækkeligt store til at være statistisk repræsentative for makroskopisk krystalplasticitet, men alligevel fuldstændig løst for at undersøge oprindelsen til metalhærdning på dets mest fundamentale niveau af atomær bevægelse. Simuleringerne blev udført på Vulcan- og Lassen -supercomputerne på Livermore og Mira -supercomputeren på Argonne Laboratory Computational Facility.

Grundårsagerne til metalhærdning forblev ukendt indtil for 86 år siden, da dislokationer - krumlinjede krystaldefekter forårsaget af gitterforstyrrelse - blev foreslået at være ansvarlige for krystalplastisitet. På trods af at den direkte årsagssammenhæng mellem forskydninger og krystalplasticitet er fast etableret, intet hold har observeret, hvad dislokationer gør in situ - under belastning - i massematerialet.

"Vi stolede på en supercomputer for at afklare, hvad der forårsager metalhærdning, Sagde Bulatov. "I stedet for at forsøge at udlede hærdning fra de underliggende mekanismer for dislokationsadfærd, som har været ambitionen om dislokationsteori i årtier, vi udførte ultrastore computersimuleringer på et endnu mere grundlæggende niveau-atomernes bevægelse, som krystallen er lavet af. "

Holdet demonstrerede, at den berygtede iscenesættelse (bøjning) af metaller er en direkte konsekvens af krystalrotation under uni-aksial belastning. I modstrid med vidt forskellige og modstridende synspunkter i litteraturen, forskere fandt ud af, at de grundlæggende mekanismer for dislokationsadfærd er de samme på alle stadier af metalhærdning.

"I vores simuleringer så vi nøjagtigt, hvordan bevægelsen af ​​individuelle atomer omsættes til bevægelsen af ​​de dislokationer, der kombineres til at producere metalhærdning, "Sagde Bulatov.