بررسی اشاعه ترک در نانوکریستال آهن- نیتروژن به روش شبیهسازی دینامیک مولکولی

Abstract

در سالهای اخیر فوالدهای نیتروژن دار به دلیل داشتن خواص خوبی از استحکام و انعطاف پذیری مورد توجه محققان و متخصصان صنعتی قرار گرفته است. شناسایی خواص مکانیکی فوالدهای نیتروژن دار به منظور استفاده از این آلیاژها با قابلیت اطمینان باال در تجهیزات مختلف از اهمیت باالیی برخوردار است. در این میان توانایی مقاومت ماده در برابر اشاعه ترک، از پارامترهای مهم به شمار می رود. هدف از این پژوهش، شبیهسازی اشاعه ترک در نانوکریستال آلیاژی آهن-نیتروژن میباشد. امروزه علوم نانو و شبیهسازیهای رایانهای در مقیاس مولکولی، به یکی از پرطرفدارترین موضوعهای موردمطالعه در دنیا مبدل شده است. یکی از روشهای عددی در ابعاد نانومتری، روش شبیهسازی دینامیک مولکولی است، که معینترین روشِ حل سیستمهای مولکولی از بین روشهای موجود است. در تحقیق حاضر، سیستم کریستالی آهن-نیتروژن با اعمال تابع پتانسیل تصحیحشده اتم محاط شده )MEAM )و پارامترهای مربوط به آلیاژ آهن-نیتروژن شبیهسازی میشود. ریزساختار و همچنین مسیر رشد ترک در نانوکریستال مورد مطالعه، تحت بارگذاری کششی با مقدار سرعت ps /Å 8.0 در دمای 300K مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد. نتایج نشان میدهد که با افزایش کرنش و در نتیجه ایجاد تنش در نمونه ها، تغییر شکل پالستیک از نوک ترک به دلیل ایجاد تمرکز تنش در آن شروع می گردد. با افزایش بیشتر تنش حفره هایی در ساختار جوانه زده و به سمت ناحیه پیشروی رشد ترک اولیه اشاعه پیدا میکند. سرعت رشد ترک با افزایش طول ترک افزایش مییابد مقادیر تنش در هر سه جهت کریستالی ابتدا دارای رفتار غیرخطی و سپس رفتار خطی میباشند که ناشی از تغییر جهت رشد ترک در طول زمان شبیهسازی میباشد.