35. В.С. Красников Многомасштабное описание пластичности в алюминии и его сплавах при динамич деформ

Описание: 22 апреля состоялось 35-е заседание общероссийского научного семинара "Реология, вязкоупругость, ползучесть, пластичность и разрушение". Доклад
"МНОГОМАСШТАБНОЕ ОПИСАНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ В АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ" сделал
В.С. Красников, Челябинский государственный университет
Аннотация
Развиваемое нами многомасштабное моделирование пластической деформации использует данные атомистического моделирования для построения физических моделей элементарных процессов с последующим применением этих моделей для описания поведения среды на континуальном уровне. На уровне атомистического моделирования критически важным является использование адекватных потенциалов межатомного взаимодействия, в своей работе мы используем потенциалы, параметризованные на экспериментальных данных и данных квантово-механических расчетов, построенные другими авторами.
Первая часть доклада посвящена дислокационным процессам в чистом алюминии. Проведено атомистическое исследование и предложена теоретическая модель гомогенного зарождения дислокаций в алюминии. Показано, что детальное описание динамики дислокации при высокоскоростной деформации требует учета локальных напряжений вблизи дислокации. При недостаточной величине скорости пластической релаксации, обеспечиваемой движением уединенной дислокации, возможен переход дислокации в трансзвуковой режим, когда ее скорость заключена по величине между поперечной и продольной скоростями звука. Движение в таком режиме неустойчиво и сопровождается образованием вторичных дислокаций в поле локальных напряжений связанных с первичной дислокацией.
Вторая часть доклада посвящена описанию взаимодействия дислокаций и наноразмерных упрочняющих включений в системе алюминий-медь. Установлены механизмы взаимодействия и численные характеристики этих процессов для основных типов упрочняющих включений, характерных для сплавов алюминия с медью: нанокластеры меди, зоны ГП, θ”, θ’ и θ, так же исследовался экспериментально наблюдаемый эффект гибридизации θ’ фаз. Рассматривались и модельные включения со структурой, характерной для θ” фазы, но с ненаблюдаемым в эксперименте соотношением геометрических размеров включения. Показано, что в зависимости от геометрических размеров, устойчивости включения к перерезанию, а так же внешних параметров деформации может реализовываться один из следующих механизмов: 1) образование петли вокруг включения по классическому механизму Орована; 2) частичное перерезание включения с замыканием петли; 3) классическое перерезание включения; 4) обход включения сверху или снизу. Предложены модели этих процессов, параметризованные на данных атомистических расчетов. Предложенные модели введены в двумерную дислокационную динамику, что позволяет получать кривые деформация-напряжение и исследовать особенности распределения пластической деформации представительного объема вещества. Показано, что накопление водорода в объеме включения θ’ фазы приводит к его разупрочнению и смене механизма взаимодействия с дислокациями от образования петли Орована к перерезанию. Показано, что многократное взаимодействие дислокаций с упрочняющим включением даже устойчивых к деформации включений θ’ фазы приводит к их разрушению и растворению в объеме алюминия, что приводит к уменьшению напряжения течения сплава.
Третья часть доклада посвящена исследованию и описанию пластической релаксации на границах зерен (ГЗ), как в чистом алюминии, так и в присутствии твердого раствора атомов меди. Показано, что критические сдвиговые напряжения в чистом алюминии, содержащем ГЗ, чрезвычайно чувствительны как к углу разориентации решеток, так и к удельной энергии ГЗ в пределах одного угла разориентации. Так для малых углов разориентации для всех удельных энергий границы наблюдается миграция зернограничных дислокаций как единых стенок. С повышением угла разориентации системы с повышенной удельной энергией ГЗ могут реализовывать зернограничное проскальзывание с вращением зерен, в то время как для этого же угла разориентации системы с низкой удельной энергией ГЗ демонстрируют миграцию. Введение твердого раствора атомов меди сегрегированных на ГЗ еще более усложняет наблюдаемую картину механизмов пластической релаксации. Для описания совокупности разнообразных процессов в этом случае применяется аппроксимация данных атомистических расчетов с помощью искусственной нейронной сети, далее используемой в качестве определяющих соотношений в континуальном коде.

11. Krasnikov, V.S., Mayer, A.E., Pogorelko, V.V., Latypov, F.T., Ebel, A.A. Interaction of dislocation with GP zones or θ phase precipitates in aluminum: Atomistic simulations and dislocation dynamics. Int J Plasticity, 2020, 125, 169–190
12. Krasnikov, V.S., Mayer, A.E. Dislocation dynamics in aluminum containing phase: Atomistic simulation and continuum modeling. Int J Plasticity, 2019, 119, 21–42
13. Krasnikov, V.S., Mayer, A.E. Influence of local stresses on motion of edge dislocation in aluminum. Int J Plasticity, 2018, 101, 170–187