Электронный научный журнал
 
Diagnostics, Resource and Mechanics 
         of materials and structures
ВыпускиО журналеАвторуРецензентуКонтактыНовостиРегистрация

Все выпуски

Все выпуски
 
2024 Выпуск 1
 
2023 Выпуск 6
 
2023 Выпуск 5
 
2023 Выпуск 4
 
2023 Выпуск 3
 
2023 Выпуск 2
 
2023 Выпуск 1
 
2022 Выпуск 6
 
2022 Выпуск 5
 
2022 Выпуск 4
 
2022 Выпуск 3
 
2022 Выпуск 2
 
2022 Выпуск 1
 
2021 Выпуск 6
 
2021 Выпуск 5
 
2021 Выпуск 4
 
2021 Выпуск 3
 
2021 Выпуск 2
 
2021 Выпуск 1
 
2020 Выпуск 6
 
2020 Выпуск 5
 
2020 Выпуск 4
 
2020 Выпуск 3
 
2020 Выпуск 2
 
2020 Выпуск 1
 
2019 Выпуск 6
 
2019 Выпуск 5
 
2019 Выпуск 4
 
2019 Выпуск 3
 
2019 Выпуск 2
 
2019 Выпуск 1
 
2018 Выпуск 6
 
2018 Выпуск 5
 
2018 Выпуск 4
 
2018 Выпуск 3
 
2018 Выпуск 2
 
2018 Выпуск 1
 
2017 Выпуск 6
 
2017 Выпуск 5
 
2017 Выпуск 4
 
2017 Выпуск 3
 
2017 Выпуск 2
 
2017 Выпуск 1
 
2016 Выпуск 6
 
2016 Выпуск 5
 
2016 Выпуск 4
 
2016 Выпуск 3
 
2016 Выпуск 2
 
2016 Выпуск 1
 
2015 Выпуск 6
 
2015 Выпуск 5
 
2015 Выпуск 4
 
2015 Выпуск 3
 
2015 Выпуск 2
 
2015 Выпуск 1

 

 

 

 

 

A. R. Kuznetsov, S. A. Starikov, V. V. Sagaradze

PHONON INSTABILITIES IN A METAL ON THE BAIN FCC–BCC TRANSFORMATION PATH

DOI: 10.17804/2410-9908.2022.6.086-094

In this paper, the energy of the Bain path in Al and the instability of phonons during uniaxial compression deformation along <001> are studied ab initio. It is shown that, at a strain of about 15%, dynamic loss of structure stability is observed due to short-wavelength phonons, which thus determine the theoretical strength of Al. Deformation causes shifts along the {111} planes of the initial fcc cell, leading to the formation of stacking faults. A similar formation of stacking faults was observed in [1] in the framework of simulation of compression along the <001> Ni3Al nanoparticle (L12 superstructure based on the fcc structure). The results obtained can be applied to situations in the experiment, when small defect-free regions are deformed, for example, as in nanostructured materials and during nanoindentation.

Acknowledgements: The work was performed under the state assignment from the Russian Ministry of Education and Science, theme Structure, No. 122021000033-2. The calculations were made with the use of the Uran supercomputer, IMM UB RAS.

Keywords: first-principle calculation, Bain deformation, phonon spectrum, structure stability

Bibliography:

  1. Kuznetsov A.R., Starikov S.A., Sagaradze V.V., Karkina L.E. Deformation-induced dissolution of Ni3Al particles in nickel: Atomistic simulation. Physics of Metals and Metallography, 2019, vol. 120, No. 12, pp. 1286–1291. DOI: 10.1134/S0031918X19120093.
  2. Bain E.C. The Nature of Martensite. Trans. AIME, 1924, vol. 70, pp. 25–35.
  3. Okatov S.V., Kuznetsov A.R., Gornostyrev Yu.N., Urtsev V.N., Katsnelson M.I. Effect of magnetic state on the α-γ transition in iron: First-principles calculations of the Bain transformation path. Physical Review B, 2009, vol. 79, No. 9, pp. 094111–094115. DOI: 10.1103/RevModPhys.84.945.
  4. Grimvall G., Magyari-Kope B., Ozolins V., Persson K.A. Lattice instabilities in metallic elements. Review Modern Physics, 2012, vol. 84, No. 3, pp. 945–986. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.094111.
  5. Clatterbuck D.M., Krenn C.R., Marvin L. Cohen, Morris J.W., Jr. Phonon instabilities and the ideal strength of aluminum. Physical Review Letters, 2003, vol. 91, No. 13, pp. 135501–135504. DOI: 10.1103/PhyaRevLett.91.135501.
  6. Pokluda J., Cern M., Sandera P., Sob M. Calculations of theoretical strength: State of the art and history. Journal of Computer-Aided Materials Design, 2004, vol. 11, pp. 1–28. DOI: 10.1007/s10820-004-4567-2.
  7. Pokluda J., Cerny M., Sob M., Umeno Y. Ab initio calculations of mechanical properties: Methods and applications. Progress in Materials Science, 2015, vol. 73, pp. 127–158. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.04001.
  8. Li Ju., Yip S. Atomistic Measures of Materials Strength. Comput. Model. Eng. Sci., 2002, vol. 3, pp. 219. DOI: 10.3970/cmes.2002.003.219.
  9. Gouldstone A., Koh H.J., Zeng K.Y., Giannakopoulos A.E., Suresh S. Discrete and continuous deformation during nanoindentation of thin films. Acta Materialia, 2000, vol. 48, No. 9, pp. 2277–2295. DOI: 10.1016/S1359-6454(00)00009-4.
  10. De la Fuente O.R., Zimmerman J.A., Gonzales M.A., De la Figuera J., Hamilton J.C., Pai W.W., Rojo J.M. Dislocation emission around nanoindentations on a (001) fcc metal surface studied by scanning tunneling microscopy and atomic simulation. Physical Review Letters, 2002, vol. 88, No. 3, pp. 036101–036104. DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.036101.
  11. L.L. Chang, K. Plog, eds. Molecular Beam Epitaxy and Heterostructures, Dordrecht, Boston, Lancaster, Martinus Nijhoff Publishers, 1985, 700 p. ISBN-13: 978-94-010-8744-5. DOl: 10.1007/978-94-009-5073-3.
  12. Kimminau G., Erhart P., Bringa E.M., Remington B., Wark J.S. Phonon instabilities in uniaxially compressed fcc metals as seen in molecular dynamics simulations. Physical Review B, 2010, vol. 81, pp. 092102. DOI: 10.1103/PhysRevB.81.092102.
  13. Stedman R., Nilsson G. Dispersion Relations for Phonons in Aluminum at 80 and 300 K. Physical Review, 1966, vol. 145, No. 2, pp. 492–500. DOI: 10.1103/PhysRev.145.492.
  14. Alippi P., Marcus P.M., Scheffler M. Strained tetragonal states and Bain paths in metals. Physical Review Letters, 1997, vol. 78, No. 20, pp. 3892–3895. DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.3892.
  15. Marcus P.M., Qiu S.L. Equilibrium lines and crystal phases under pressure. Journal of Physics: Condensed Matter., 2009, vol. 21, pp. 125404–125408. DOI: 10.1088/0953-8984/21/12/125404.

А. Р. Кузнецов, С. А. Стариков, В. В. Сагарадзе

НЕСТАБИЛЬНОСТИ ФОНОНОВ В МЕТАЛЛЕ НА БЕЙНОВСКОМ ПУТИ ГЦК-ОЦК ПРЕВРАЩЕНИЯ

В работе ab initio методом изучена энергетика бейновского пути в Al и нестабильности фононов в ходе одноосной деформации сжатия вдоль оси <001>. Показано, что при деформации около 15% наблюдается динамическая потеря устойчивости структуры за счет коротковолновых фононов, определяющих таким образом теоретическую прочность Al. При деформации происходят сдвиги по плоскости {111} исходной ГЦК-ячейки, приводя к образованию дефектов упаковки. Аналогичное образование дефектов упаковки наблюдалось в [1] в рамках моделирования сжатия вдоль <001> наночастицы Ni3Al (сверхструктура L12 на основе ГЦК-структуры). Полученные результаты могут относиться к ситуациям в эксперименте, когда деформируются малые, свободные от дефектов области, например, как в наноструктурированных материалах, при наноиндентировании.

Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России по теме «Структура» № 122021000033-2. Расчеты проведены с использованием суперком-пьютера «Уран» ИММ УрО РАН.

Ключевые слова: первопринципный расчет, бейновская деформация, фононный спектр, стабильность структуры

Библиография:

  1. Deformation-induced dissolution of Ni3Al particles in nickel: Atomistic simulation / A. R. Kuznetsov, S. A. Starikov, V. V. Sagaradze, L. E. Karkina // Physics of Metals and Metallography. – 2019. – Vol. 120, No. 12. – P. 1187–1192. – DOI: 10.1134/S0031918X19120093.
  2. Bain E. C. The Nature of Martensite // Trans. AIME. – 1924. – Vol. 70. – P. 25–35.
  3. Effect of magnetic state on the α-γ transition in iron: First-principles calculations of the Bain transformation path / S. V. Okatov, A. R. Kuznetsov, Yu. N. Gornostyrev, V. N. Urtsev, M.                      I. Katsnelson // Physical Review B. – 2009. – Vol. 79, No. 9. – P. 094111–094115. – DOI: 10.1103/RevModPhys.84.945.
  4. Lattice instabilities in metallic elements / G. Grimvall, B. Magyari-Kope, V. Ozolins, K. A. Persson // Review Modern Physics. – 2012. – Vol. 84, No. 3. – P. 945–986. – DOI: 10.1103/PhysRevB.79.094111.
  5. Phonon Instabilities and the Ideal Strength of Aluminum / D. M. Clatterbuck, C. R. Krenn, Marvin L. Cohen, J. W. Morris, Jr. // Physical Review Letters. – 2003. – Vol. 91, No. 13. – P. 135501–135504. – DOI: 10.1103/PhyaRevLett.91.135501.
  6. Calculations of theoretical strength: State of the art and history / J. Pokluda, M. Cern, P. Sandera, M. Sob // Journal of Computer-Aided Materials Design. – 2004. – Vol. 11. – P. 1–28. – DOI: 10.1007/s10820-004-4567-2.
  7. Ab initio calculations of mechanical properties: Methods and applications / J. Pokluda, M. Cerny, M. Sob, Y. Umeno // Progress in Materials Science. – 2015. – Vol. 73. – P. 127–158. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.04001.
  8. Li Ju, Yip S. Atomistic Measures of Materials Strength // Comput. Model. Eng. Sci. – 2002. – Vol. 3. – P. 219. – DOI: 10.3970/cmes.2002.003.219.
  9. Discrete and continuous deformation during nanoindentation of thin films / A. Gouldstone, H. J. Koh, K. Y. Zeng, A. E. Giannakopoulos, S. Suresh // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48, No. 9. – P. 2277–2295. – DOI: 10.1016/S1359-6454(00)00009-4.
  10. Dislocation emission around nanoindentations on a (001) fcc metal surface studied by scanning tunneling microscopy and atomic simulation / O. R. de la Fuente, J. A. Zimmerman, M. A. Gonzales, J. de la Figuera, J. C. Hamilton, W. W. Pai, J. M. Rojo // Physical Review Letters. – 2002. – Vol. 88, No. 3. – P. 036101–036104. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.036101.
  11. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / под ред. Л. Ченга, К. Плога; пер. с англ. под ред. Ж. И. Алферова, Ю. В. Шмарцева. – Москва : Мир, 1989. – 582 с. – ISBN 5-03-000737-7.
  12. Phonon instabilities in uniaxially compressed fcc metals as seen in molecular dynamics simulations / G. Kimminau, P. Erhart, E. M. Bringa, B. Remington, J. S. Wark // Physical Review B. – 2010. – Vol. 81. – P. 092102. – DOI: 10.1103/PhysRevB.81.092102.
  13. Stedman R., Nilsson G. Dispersion Relations for Phonons in Aluminum at 80 and 300K // Physical Review. – 1966. – Vol. 145, No. 2. – P. 492–500. – DOI: 10.1103/PhysRev.145.492.
  14. Alippi P., Marcus P. M., Scheffler M. Strained tetragonal states and Bain paths in metals // Physical Review Letters. – 1997. – Vol. 78, No. 20. – P. 3892–3895. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.3892.
  15. Marcus P. M., Qiu S. L. Equilibrium lines and crystal phases under pressure // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009. – Vol. 21. – P. 125404–125408. – DOI: 10.1088/0953-8984/21/12/125404.

PDF      

Библиографическая ссылка на статью

Kuznetsov A. R., Starikov S. A., Sagaradze V. V. Phonon Instabilities in a Metal on the Bain Fcc–bcc Transformation Path // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2022. - Iss. 6. - P. 86-94. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2022.6.086-094. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_385.html
(accessed: 14.04.2024).

 

импакт-фактор
РИНЦ 0.42

категория К2
в перечне ВАК

МРДМК 2024
ЦКП Пластометрия
НЭБ РИНЦ
Google Scholar


РНБ
Лань

 

Учредитель:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова Уральского отделения Российской академии наук
Главный редактор:  С.В.Смирнов
При цитировании ссылка на Электронный научно-технический журнал "Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures" обязательна. Воспроизведение материалов в электронных или иных изданиях без письменного разрешения редакции запрещено. Опубликованные в журнале материалы могут использоваться только в некоммерческих целях.
Контакты  
 
Главная E-mail 0+
 

ISSN 2410-9908 Регистрация СМИ в Роскомнадзоре Эл № ФС77-57355 от 24 марта 2014 г. © ИМАШ УрО РАН 2014-2024, www.imach.uran.ru