科学家解决了已有100年历史的冶金难题,揭示折叠金属如何变硬

科学家解决了已有100年历史的冶金难题,揭示折叠金属如何变硬

根据发表在《 自然材料》上的一项最新研究,研究人员解决了冶金领域100年的难题,该难题涉及单晶如何表现出阶段性硬化,而其他晶体则没有。

具有100年历史的难题,折叠后金属如何硬化

几千年来,人们一直享受着金属的自然属性,可以在机械变形时硬化为更坚固的材料。据报道,与位错运动有关,金属硬化机制在物理冶金学家中尚不为人所知。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员团队在材料科学家瓦西里·布拉托夫(Vasily Bulatov)的领导下,进行了足够大的原子模拟,以统计学方式代表宏观的晶体可塑性,从而推动了超级计算的极限。

观察金属硬化,位错,晶体可塑性

但是,这些模拟也必须得到完全解决,以便研究人员可以在原子运动的最基本层面上研究金属硬化的起源。

借助Argonne实验室计算设施的Mira超级计算机以及Livermore的Vulcan和Lassen超级计算机,进行了仿真。

金属硬化的根本原因一直没有得到科学的解释,直到86年前,人们才提出位错-从技术上讲是由于晶格无序产生的曲线晶体缺陷-可能是晶体可塑性的原因。尽管位错与晶体可塑性之间的直接因果联系具有牢固的理论基础,但没有人看到这种情况发生在媒介资源中(在散装材料本身内部)。

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金属硬化各个阶段的位错

布拉托夫说:“我们依靠一台超级计算机来弄清造成金属硬化的原因。” “几十年来,我们一直没有试图从位错行为的根本机制中获得强化,而是在更基本的水平上进行了超大型计算机模拟,即晶体是原子运动制成的。”

该团队展示了金属分阶段(或弯曲)硬化是如何发生的,这是由于晶体在所谓的单轴应变下旋转所致。与科学文献中关于该主题的广泛而矛盾的观点相反,研究小组发现位错过程的基本机制在金属硬化的每个阶段都是相同的。

“在我们的模拟中,我们精确地看到了单个原子的运动如何转换为位错的运动,这些位错共同产生了金属硬化,” Bulatov说。

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