Nature：分子動力學模擬探測金屬塑性極限

最新 09-28

【背景介紹】

通常，金屬的強度和塑性由晶格中的位錯線缺陷限定，其運動導致材料沿著晶格平面的滑動。位錯動力學模型通常用於原子動力學，這在計算的成本上是非常昂貴的。然而，原子模擬可以準確地捕獲材料響應的每個可能的機制，解決原子運動的每一個「抖動和擺動」，而位錯動力學模型則不能。

【成果簡介】

北京時間2017年9月28日，Nature在線發表了美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Vasily V. Bulatov（通訊作者）等人題為「Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations」的文章，該團隊在體心立方金屬鉭中展示了單晶可塑性的全動態原子模擬。其目標是量化達到脫位介導的塑性極限條件，並闡釋金屬超過這種限制會發生什麼。在恆定壓力，溫度和應變速率的條件下，金屬在其[001]晶軸的超高應變速率下被壓縮。為了解決研究中長度尺度（85-340nm）和時間尺度（1ns-1μs）晶體可塑性過程的複雜性，本研究使用了最近開發的原位計算顯微鏡的方法將模擬中生成的大量瞬態軌跡數據重寫為可以由人為分析的形式。通過模擬可以預測：在達到應變的某些限制條件時，單獨的位錯不再能夠緩解機械載荷;相反另一種變形機制——通常稱為變形孿晶，成為代替其動態響應的主要模式。在這個極限以下，只要其後的應變狀態保持不變，金屬呈現塑性流動與應變路徑無關的穩定狀態，其中流動應力和位錯密度保持恆定。在這種狀態下，鉭流動如粘稠流體同時保持其晶格的強度。

【圖文導讀】

圖1 壓縮響應作為初始缺陷容量的函數