Molecular dynamics simulations of themechanical behavior of nanostructured andamorphous Al80Ti15Ni5alloy

• Alexandre Melhorance Barboza ^[1] ; Ivan Napoleão Bastos ^[1] ; Luis César Rodríguez Aliaga ^[1]
  1. [1] Universidade do Estado do Rio de Janeiro

     Universidade do Estado do Rio de Janeiro

     Brasil

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 103, 2022, págs. 20-33
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Simulaciónes de dinámica molecular del comportamiento mecánico de la aleación Al80Ti15Ni5nanocristalina y amorfa
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  • español

    Los clásicos mecanismos de deformación basados en defectos de los policristalesmetálicos no son adecuados para describir el comportamiento mecánico de los materialesmetálicos vítreos y nanocristalinos. Su complejidad inherente crea un verdadero desafío paracomprender sus complicados fenómenos físicos. El uso de la dinámica molecular (DM) se tornainteresante permitiendo evaluar la relación entre la estructura atómica con las propiedadesmecánicas. En el presente trabajo, simulaciones de DM fueran utilizadas para estudiar losmecanismos de deformación a nivel de nanoescala de la aleación Al80Ti15Ni5. Los resultadosrevelaron una dependencia significativa entre el módulo de Young y la estructura atómica. Eltipo de estructura a escala atómica, nanocristalina o amorfa, gobierna los mecanismos dela deformación. Para la aleación nanocristalina, el deslizamiento y la difusión del contornode grano parecen ser los procesos dominantes en la deformación. Además, se observanemisiones de discordancias parciales en los contornos de grano. En el material amorfo,las zonas de transformación por cizallamiento comienzan a formarse en el régimen elásticoy se convierten en bandas de cizallamiento actuando como los principales mecanismos enel proceso de deformación. Los resultados indican que las propiedades mecánicas de laestructura amorfa representan un caso límite inferior del nanocristal. Los módulos elásticosdeterminados en la aleación Al80Ti15Ni5son muy bajos, por esta razón se evaluaron los efectosde los potenciales interatómicos unarios y ternarios para cada elemento.

  • English

    Classical deformation mechanisms based on crystalline defects of metallicpolycrystals are not entirely suitable to describe the mechanical behavior of nanocrystallineand glassy materials. Their inherent complexity creates a real challenge to understand theacting physical phenomena. Thus, the molecular dynamics approach becomes interestingbecause it allows evaluating the mechanical properties and its related atomic structure. Tostudy the atomic structure’s influence on the deformation mechanisms at the nanoscale levelof the Al80Ti15Ni5alloy, molecular dynamics simulations, and post-processing techniques wereused in the present work. The results revealed a significant dependency between the Youngmodulus and the atomic structure. Moreover, the type of structure, i.e., nanocrystalline oramorphous, governs the deformation mechanism type. For the nanocrystalline alloy, grainboundary sliding and diffusion seem to be the dominant deformation processes followed bythe less essential emissions of partial dislocations from the grain boundaries. Concerningthe amorphous material, the shear transformation zones begin to form in the elastic regimeevolving to shear bands, these being the main mechanisms involved in the deformation process.The results also indicate the amorphous structure as a lower limit-case of the nanocrystal. TheAl80Ti15Ni5elastic moduli values were below expectations; for this reason, the effects of unaryand ternary interatomic potentials were evaluated for each element.