通过分子动力学研究Inconel-718在纳米尺度下的变形机制
材料科学
2021-05-19 v1
摘要
镍基高温合金Inconel-718在金属3D打印中普遍存在，该过程具有高冷却速率和热梯度。这些制造条件有利于材料中产生高初始位错密度和孔隙或空洞。本工作提出了一种分子动力学（MD）分析方法，利用嵌入原子方法（EAM）势函数，研究位错、冷却速率、空洞及其相互作用在Inconel-718中控制材料性能和失效机制的作用。整个工作中使用了三种不同的结构：纳米线（NW）、纳米柱和纳米板。最初，在保持NW直径为3.17 nm和温度为300K不变的条件下，将应变速率从10^8 s^-1变化到10^10 s^-1。对7.04 nm的纳米柱施加10^9 s^-1的恒定应变速率进行压缩加载，同时将温度从100K变化到700K。对纳米板（有和没有中心空洞）施加从0.5x10^10 K/s到1x10^14 K/s的不同冷却速率。中心空洞的尺寸固定为2.12 nm。拉伸中增加应变速率不仅导致应变硬化，还增加了位错密度。我们的计算方法成功地捕捉到了{111}滑移面上的广泛滑移，这导致合金在因位错而断裂前发生显著的颈缩。产生非平衡结构的高冷却速率导致高强度和高延展性行为。另一方面，形成明确晶体结构的低冷却速率导致低强度和脆性行为。这种脆性到延性的转变仅由冷却速率引起。冷却速率可能通过在凝固过程中修复结构来消除空洞。随后还详细介绍了通过改变温度和尺寸得到的力学性能。
引用
@article{arxiv.2006.07973,
title = {Deformation mechanisms of Inconel-718 at nanoscale by molecular dynamics},
author = {Abrar Faiyad and Md. Adnan Mahathir Munshi and Sourav Saha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.07973},
year = {2021}
}