سازوکار تبدیل فاز ساختاری تحت بارگذاری کششی با نرخ کرنش بالا در نمونه بدون نقصα-Fe: مطالعه دینامیک مولکولی

واعظ‌علایی, سیدمهدی; نوربخش, محمد; پورکمالی انارکی, علی; اسماعیل پور, ایوب

doi:10.47176/ijpr.25.4.82176

سازوکار تبدیل فاز ساختاری تحت بارگذاری کششی با نرخ کرنش بالا در نمونه بدون نقصα-Fe: مطالعه دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

سیدمهدی واعظ‌علایی ¹

محمد نوربخش ²

علی پورکمالی انارکی ²

ایوب اسماعیل پور ³

¹ دانشکده فیزیک، دانشگاه تهران، تهران

² دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

³ دانشکده فیزیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

https://doi.org/10.47176/ijpr.25.4.82176

چکیده

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فلزات، امکان تبدیل فاز و تغییر ساختار در پاسخ به نیروهای خارجی، تغییر دما و سایر عوامل محیطی است. در این مطالعه، با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی(MD)، تبدیل‌ فاز و تغییرشکل یک نمونه بدون نقص آهن-آلفا (α-Fe)تحت بارگذاری کششی با نرخ کرنش بالا تجزیه‌وتحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهد که در طول فرایند بارگذاری، تغییرشکل ریزساختاری ابتدا از ساختار مکعبی مرکزپر (bcc) به ساختار مکعبی وجوه‌پر (fcc) و سپس از ساختار fcc به ساختار شش‌گوش فشرده (hcp) رخ می‌دهد. همچنین مقدار تنش بحرانی به صورت σ_hcp>σ_fcc>σ_unknown>σ_bcc است که نشان می‌دهد تنش بحرانی ساختار hcp از بقیه ساختارها بیشتر است. بنابراین شروع شکست و از هم گسیختن پیوندهای اتمی در نزدیکی این ساختار اتفاق می‌افتد.

کلیدواژه‌ها

تبدیل فاز

شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

بارگذاری کششی

نرخ کرنش بالا

موضوعات

فیزیک مادهٔ چگال

عنوان مقاله English

Structural phase transformation mechanism of α-Fe under tensile loading at high strain rate: molecular dynamics study

نویسندگان English

Seyed Mehdi Vaez Allaei ¹

Mohammad Nourbakhsh ²

Ali Pourkamali anaraki ²

Ayoub Esmailpour ³

¹ Department of Physics, University of Tehran

² Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University

³ Department of Physics, Shahid Rajaee Teacher Training University

چکیده English

One of the most significant properties of metals is their ability to undergo phase transformations and structural changes in response to external forces, temperature variations, and other environmental factors. In this study, molecular dynamics (MD) simulations are employed to investigate phase transformation mechanisms and deformation behavior in a pristine and defect-free α-Fe specimen subjected to high strain rate tensile loading. The results reveal that, during the loading process, the microstructural transformation initiates from a body-centered cubic (bcc) structure to a face-centered cubic (fcc) structure, followed by a subsequent transition from fcc to a hexagonal close-packed (hcp) configuration. Furthermore, the critical stress levels follow the order stress(hcp)>stress(fcc)>stress(unknown)>stress(bcc), indicating that the hcp structure requires the highest stress to initiate transformation. Consequently, bond rupture and fracture nucleation are most likely to occur in the vicinity of this phase.

کلیدواژه‌ها English

Phase Transformation

Molecular Dynamics Simulation

Tensile Loading

High Strain Rate

W A Bassett and E Huang, Science 238 (1987) 780.
J C Boettger and D C Wallace, Rev. B 55 (1997) 2840.
K Yano and Y Horie, J. Plast. 18 (2002) 1427.
K J Caspersen, et al., Rev. Lett. 93 (2004) 115501.
B J Jensen, G T Gray III, and R S Hixson, Appl. Phys. 105 (2009) 103502.
N Gunkelmann, et al., Rev. B 86 (2012) 144111.
K Wang, et al., J. Plast. 59 (2014) 180.
K Wang, et al., J. Plast. 96 (2017) 56.
W F Smith and J Hashemi, “Foundations of Materials Science and Engineering”, McGraw-Hill (2006).
HKDH Bhadeshia and RWK Honeycombe, “Steels: Microstructure and Properties”, Butterworth-Heinemann (2006).
D A Porter, K E Easterling, and M Y M Sherif, “Phase Transformations in Metals and Alloys”, CRC Press (2009).
J Song and W Curtin, Mater. 12 (2013) 145.
H Y Song, L Zhang, and M X Xiao, Lett. A 380 (2016) 917.
M W Finnis and J E Sinclair, Mag. A 50 (1984) 45.
M I Mendelev, et al., Mag. 83 (2003) 3977.
S J Wang, et al., Rep. 3 (2013) 1086.
K Kadau, et al., Science 296 (2002) 1681.
K Kadau, et al., Rev. Lett. 98 (2007) 135701.
J L Shao, et al., Phys. Condens. Matter 21 (2009) 245703.
F F Abraham, et al., Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99(9) (2002) 5783.
Y Mishin and M J Mehl, Rev. B 63 (2001) 12.
S Plimpton, Comput. Phys. 117 (1995) 1.
WC Swope, et al., Chem. Phys. 76 (1982) 637.
G Yuan, Z Wei, and G Li, Comput. Appl. Math 255 (2014) 86.
Nosé, J. Chem. Phys. 81 (1984) 511.
W G Hoover, Rev. A 31 (1985) 1695.
M Parrinello and A Rahman, Appl. Phys. 52 (1981) 7182.
N Metropolis, et al., Chem. Phys. 21 (1953) 1087.
D Faken and H Jonsson, Mater. Sci. 2(2) (1994) 279.
A Stukowski, Simul. Mater. Sci. Eng. 18 (2010) 015012.
J L Shao, et al., Rep. 8 (2018) 7650.