Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 3 2018 99 MATERIAL SCIENCE а б Рис. 1. Изображение исходной структуры образца при моделировании: а – локального сдвигового нагружения монокристалла; б – сдвиговой деформации наноразмерного поли- кристалла α-железа. В случае поликристалла темным цветом отмечены атомы с локальной конфигурацией, отличной от ОЦК Fig. 1. An image of the initial structure of the sample in the simulation of: a – local shear loading of a single crystal; б – shear deformation of a nanoscale α-iron polycrystal. In the case of a polycrystal, atoms with a local configuration different to bcc are marked with a dark color с максимальной глубиной 2,5 нм. В направлении оси Z моделировались периодические гранич- ные условия, многократно повторяющие моде- лируемый фрагмент и тем самым позволяющие имитировать протяженность образца в заданном направлении. Остальные поверхности (вдоль X и Y ) моделировались свободными. Нижний слой атомов (темный нижний слой на рис. 1, а ) был неподвижным и имитировал подложку. Толщи- на слоя подложки составляла 0,73 нм. Над слоем подложки задавался специальный «демпфиру- ющий» слой атомов (слой светло-серого цвета на рис. 1, а ), использование которого позволи- ло имитировать протяженность модельного об- разца вдоль оси Y . Толщина «демпфирующего» слоя составляла 1,45 нм. Температура образца поддерживалась в интервале от 300 до 350 К на протяжении всего процесса нагружения. На втором этапе исследований в работе мо- делировался наноразмерный поликристалл α-железа. Образец представлял собой паралле- лепипед, содержащий около 1 млн атомов раз- мерами 28,5 × 28,5 × 14,2 нм вдоль направлений X , Y и Z соответственно. Для создания началь- ной поликристаллической структуры применял- ся метод ячеек Воронова, описанный в работе [18]. Результирующая структура образца перед началом процесса сдвиговой деформации пред- ставлена на рис. 1, б . Для лучшей визуализации атомы, имеющие отличную от ОЦК локальную конфигурацию атомных связей, отмечены серым цветом. Средний размер зерен после релаксации поликристалла ОЦК-железа составлял 5 нм. Задание сдвиговой деформации реализовы- валось через создание специальных нагружа- емых слоев. Для этого атомы, расположенные в верхнем и нижнем приповерхностных слоях толщиной h около 2 нм, были заменены на ато- мы бездефектного монокристалла α-железа той же толщины. Скорости атомов, попавших в на- гружаемые слои, фиксировались. В направле- нии оси X для верхнего и нижнего слоя скорости атомов составляли 15 и –15 м/с соответственно. Таким образом, суммарная скорость проскаль- зывания вдоль X составляла 30 м/с. Вдоль на- правления Z скорости атомов обоих блоков были равны 0 м/c. В направлении Y положение и ско- рости атомов нагружаемых слоев моделирова- лись свободными. Для расчета взаимодействия между атомами в обоих случаях в работе использовался меж- атомный потенциал, построенный в рамках метода погруженного атома [19], который с вы- сокой степенью точности описывает упругие и