Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 3 2018 97 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Моделирование атомных механизмов зарождения и развития пластической деформации в условиях сдвигового нагружения Антон Никонов a, * Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0002-0980-0317, anickonoff@ispms.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2018 Том 20 № 3 с. 97–108 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-97-108 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение На сегодняшний день использование различ- ных методов поверхностной обработки матери- алов является одним из эффективных приемов повышения эксплуатационных характеристик ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.372, 539.386, 621.7 История статьи : Поступила: 18 июня 2018 Рецензирование: 23 июля 2018 Принята к печати: 25 июля 2018 Доступно онлайн: 15 сентября 2018 Ключевые слова : Пластическая деформация Дефектообразование Молекулярная динамика Сдвиговая деформация Локальное нагружение Финансирование: Исследования выполнены при фи- нансовой поддержке Программы фундаментальных научных иссле- дований государственных академий наук на 2013–2020 годы, Проект III.23.2.4. АННОТАЦИЯ Введение. Методы поверхностной обработки материалов являются одним из эффективных приемов повышения их эксплуатационных характеристик. Одним из методов финишной обработки поверхностей деталей является метод поверхностного пластического деформирования (наноструктурирующее выглажи- вание), при котором формируется поверхностный слой с нанокристаллической структурой. Исследование структурных изменений, происходящих непосредственно в процессе такого выглаживания, представляется крайне сложной задачей. В связи с этим методы численного моделирования могут являться важным до- полнением к экспериментальным исследованиям. Цель работы: численное исследование механического отклика металлического образца, находящегося в моно- и наноразмерном поликристаллическом состоянии на сдвиговое нагружение. В работе исследованы атомные механизмы зарождения и развития пластиче- ской деформации в кристаллическом материале в условиях нагружения, идентичных локальным напряже- ниям, возникающим при обработке материала поверхностным пластическим деформированием. Метода- ми исследования являются высокопроизводительные параллельные вычисления с использованием метода молекулярной динамики. В качестве объекта исследования выбраны моно- и поликристалл ОЦК-железа. Результаты и обсуждения. Обнаружено, что в условиях локального сдвигового нагружения в исходно без- дефектном кристалле α-железа возможно формирование системы взаимно пересекающихся дислокаций, что в дальнейшем приводит к разориентации отдельных частей кристаллита и формированию нанофрагментиро- ванной структуры поверхностного слоя. Вместе с тем результаты моделирования показывают, что в нанораз- мерном поликристалле сдвиг реализуется посредством двух конкурирующих механизмов: зернограничного проскальзывания, с одной стороны, и процесса рекристаллизации отдельных зерен – с другой. При росте зерен до размеров, сопоставимых с размерами исследуемого кристаллита, деформация в них начинает раз- виваться преимущественно за счет образования дефектов структуры подобно тому, как это происходит в монокристалле. Таким образом, размеры зерен и ориентация их кристаллической решетки по отношению к направлению прикладывания внешней нагрузки определяют тип реализующихся механизмов пластического деформирования материала поверхности. Полученные результаты могут быть использованы для лучшего понимания закономерностей процессов и механизмов, реализующихся в поверхностном слое материала в условиях обработки поверхностным пластическим деформированием. Для цитирования: Никонов А.Ю. Моделирование атомных механизмов зарождения и развития пластической деформации в условиях сдвигового нагружения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т 20, № 3. – С. 97–108. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-97-108. ______ *Адрес для переписки Никонов Антон Юрьевич , к.ф.-м.н., н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН пр. Академический, 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: 8 (3822) 286-973, e-mail: anickonoff@ispms.ru различных деталей и изделий на их основе. Среди современных методов обработки поверх- ности различают термические, химико-терми- ческие, механические, термомеханические и другие способы воздействия на поверхностные слои металлов и сплавов с целью модифика- ции их физико-механических и/или химических свойств [1–12]. Одним из высокопроизводитель- ных методов финишной обработки поверхно- стей деталей в машиностроении является метод поверхностного пластического деформирова-