Logowanie do System sprawozdań KDM

Obliczenia struktury i mobilności defektów liniowych w metalach i ich stopach

Kierownik projektu: Piotr Kwaśniak

Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Materiałowej

Warszawa

Streszczenie projektu

Metale o strukturze heksagonalnej takie jak Ti czy Mg są wyjątkową grupą materiałów konstrukcyjnych z powodu doskonałego stosunku wytrzymałości do gęstości, przez co postrzegane są jako materiały przyszłości mające istotne znaczenie we wszystkich sektorach transportu nastawionych na redukcję zużycia energii. Głównym problemem ograniczającym ich szerokie zastosowanie jest kontrola właściwości mechanicznych. Wysoka kruchość Mg i wyraźny spadek plastyczności Ti wynikający ze stopowania, utrudnia kształtowanie półfabrykatów i wyrobów, znacząco podnosząc koszty produkcji. Celem projektu jest wyznaczenie wpływu składników stopowych na strukturę atomową i mobilność defektów liniowych (dyslokacji), determinujących właściwości mechaniczne metali i stopów. Praca dotyczyć będzie przede wszystkim tytanu i jego heksagonalnych stopów jako materiałów o wysokim potencjale aplikacyjnym. Dodatkową motywacją obliczeń jest ujawnione w 2014r zjawisko polimorfizmu dyslokacji, występujące również w Ti [1-3] polegające na równoległym istnieniu rdzeni dyslokacji o odmiennej konfiguracji i zbliżonej energii. Zmiany konfiguracji rdzeni dyslokacji oraz barier energetycznych ich poślizgu wynikające z obecności dodatków stopowych nie zostały jednak dotychczas wyjaśnione. Tytan jest materiałem posiadającym wiele aktywnych systemów poślizgu dyslokacji, jednak dominującym mechanizmem odkształcenia plastycznego tego metalu jest poślizg dyslokacji śrubowych - ten typ defektów będzie analizowany podczas prac realizowanych w ramach grantu CI TASK. Opracowana metodyka badawcza oraz uzyskane wyniki obliczeń będą kluczowe dla świadomego projektowania nowej grupy, lekkich materiałów konstrukcyjnych o oczekiwanych właściwościach mechanicznych. Zgłaszana tematyka jest kontynuacją dotychczasowych badań uczestnika grantu, związanych z modelowaniem w skali atomowej procesu nukleacji dyslokacji w różnych systemach poślizgu Ti (zakres doktoratu użytkownika) [4,5].

[1]. Z. Wang et al. Nature Communications 5 (2014) 3239

[2]. M. Ghazisaeidi, D.R. Trinkle, Acta Materialia 60 (2012) 1287

[3]. E. Clouet et al. Nature Materials, 6 JULY 2015 | DOI: 10.1038/NMAT4340

[4]. P. Kwasniak, P. Spiewak, H. Garbacz, K.J. Kurzydlowski, Physical Review B 144105 (2014) 89

[5]. P. Kwasniak, H. Garbacz, K.J. Kurzydlowski, Acta Materialia 102 (2016) 304

Badania konfiguracji i ruchu defektów liniowych realizowane będą poprzez obliczenia bazujące na teorii funkcjonału gęstości (DFT - Density Functional Theory). Technika ta należy do grupy metod obliczeniowych typu ab initio. Rozwiązaniem zagadnienia jest energia, konfiguracja atomowa oraz struktura elektronowa badanego układu. Wykorzystywanym narzędziem obliczeń będzie kod VASP (mamy swoją licencję i skompilujemy kod). Modelowanie defektów liniowych z odwzorowaniem funkcji falowej jest stosunkowo nowym (publikacje z ostatnich 6 lat) i intensywnie rozwijanym zagadnieniem. Głównym problemem jest jednak duża wielkość superkomórek obliczeniowych (w zakresie 300-600 atomów). Defekty liniowe generują pole odkształceń sprężystych o znacznym zasięgu i relatywnie dużej energii, przez co modelowanie nieoddziałujących wzajemnie dyslokacji wymaga struktury o odpowiednich wymiarach. Dotychczas prowadziliśmy swoje obliczenia na komputerze Topola w ICM jednak występują tam aktualnie problemy.

Publikacje

  1. Piotr Kwaśniak, Emmanuel Clouet, Screw dislocations in hexagonal Ti alloys ? geometries, energies and glide calculated from first principles, Planowane do złożenia w Acta Materialia X, (2017) X
  2. Piotr Kwaśniak, Umocnienie roztworowe heksagonalnych stopów Ti modelowane z pierwszych zasad, Doktorat na Wydziale Inżynierii Materiałowej PW X, (2017) X

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93