Mechanismy plastické deformace zprostředkované hranicemi zrn v hcp kovech
Loading...
Date
Authors
Verma, Ritu
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Nanokrystalické kovy byly v posledních letech široce diskutované kvůli výjimečné pevnosti a novým mechanismům deformace zprostředkovaným hranicí zrn (HZ). Je známo, že jejich mikrostruktura se vyvíjí prostřednictvím dynamických procesů, jako je migrace HZ a rotace zrn. Důležitým a velmi zvláštním typem HZ je dvojčatová hranice (DH). Deformační dvojčatění je důležitým mechanismem plastické deformace v kovech s hexagonální krystalovou strukturou, např. ve slitinách hořčíku nebo titanu. Mechanismy nukleace, propagace a růstu dvojčat jsou v současné době široce studovány. Migrace dvojčatových hranic hraje významnou roli ve vývoji mikrostruktury kovových materiálů. Znalost migračních mechanismů pod vlivem přiloženého napětí lze považovat za základ pro vývoj nanostrukturních materiálů se zlepšenými mechanickými vlastnostmi. V nedávných publikacích je široce diskutováno fasetovaní dvojčatových hranic, ne-Schmidovo chování a role diskonekcí. V této práci jsou prováděny simulace pomoci molekulární dynamiky, s cílem lepe porozumět základním mechanismům plastické deformace v HCP materiálech. Tato práce zlepšuje naše porozumění mechanismům dvojčatění a přispívá k dalšímu vývoji prediktivního modelu v nanoměřítku pro optimalizaci přípravy HCP kovu. V první části práce jsme se zaměřili na mechanismus migrace {112 6} dvojčatových hranic. Bylo prokázáno, že migrace {112 6} DH je zprostředkována pohybem diskonekcí. Pomocí atomistických simulací a topologické analýzy prokázali jsme nukleaci asymetrických faset na {112 6} DH. Výsledky simulací jsou podpořeny transmisní elektronovou mikroskopií (pozorováním asymetrických bazálně-pyramidálních faset {112 6} dvojčaty). Ve druhé části odhalujeme roli -fáze v souvislosti s nukleací a mechanismem růstů {112 2} dvojčat. Analyzujeme nukleaci dvojčat {112 2} v Ti v průběhu reverzní fázové transformací --. Dvojčata nukleované mechanismem fázové transformace mohou růst pomocí migrace {112 2} dvojčatových hranic. Tato migrace je zprostředkována klouzáním stupňovitých defektů, tj. diskonekcí poděl {112 2} dvojčatové hranicí. Dvojici stupňů (bt a bt*), lze interpretovat jako disociované jádro diskonekce b(3/3), které uvnitř obsahuje -fázovou strukturu. Poprvé byly nalezeny a analyzovány defekty b_t a b_t^* a tyto výsledky napomáhají vyřešení rozporu mezi experimentem a předchozími výsledky atomistického modelování a vysvětluji výběr způsobu růstu dvojčete {112 2} . Ve třetí části této práce studujeme mechanismus smykové vázané migrace hranic dvojčat, analyzujeme dislokační obsah migrujících hranic dvojčat a demonstrujeme vnitřní korespondenci mezi dvěma přístupy k popisu migrace hranic zrn vázané smykem.
Nanocrystalline metals have been a topic of great discussion over recent years due to exceptional strength and novel grain boundary (GB) mediated deformation mechanisms. Their microstructure is known to evolve through the dynamic processes such as GB migration and grain rotation. The important and very special type of GB is twin boundary (TB). Deformation twinning is an important mechanism of plastic deformation in metals with hexagonal crystal structure e.g. magnesium or titanium alloys. The nucleation, propagation and growth mechanisms of twins are extensively studied nowadays. The twin boundary migration plays a significant role in the microstructure evolution of metallic materials. The knowledge of migration mechanisms under applied stress can be considered as a basis for the development of nanostructured materials with improved mechanical properties. Faceting of twin boundaries, non-Schmid behavior, and importance of disconnections are widely discussed in recent publications. In this thesis molecular dynamics simulations are performed to extend the understanding of the fundamental deformation mechanism which mediate the plastic deformation in HCP materials. This work enhances our understanding of twinning mechanisms, further developments of nanoscale predictive model for HCP metal’s process optimization. In the first part of the thesis, we focused on the mechanism of {112 6} TB migration. It is shown that migration of {112 6} TB is mediated by disconnections. We have demonstrated the nucleation of asymmetrical facets in {112 6} twin boundary by using atomistic simulation and topological analysis via the use of dichromatic pattern. The results of simulations are supported by transmission electron microscopy (observation of asymmetrical basal-pyramidal (BPy) interfaces of {112 6} twin). In the second part, we reveal the role of - phase in the connection with nucleation and growth mechanism of {112 2} twin boundary. We analyze the {112 2} twin nucleation in Ti by reverse -- phase transformation. Twin nucleated by phase transformation mechanism can grow by migration of {112 2} twin boundary. This migration is mediated by the gliding of step like defects i.e. disconnections along with {112 2} twin boundary. Gliding of steps can be interpreted as a pair of disconnections (b_t and b_t^*) i.e. dissociated core of b_(3/3) disconnection, which contains omega-phase structure inside. For the first time b_t and b_t^* have been found and were analyzed. These results resolve the conflicts between experiment and previous atomistic modeling concerning selection of growth mode of {112 2} twin. In third part of this thesis, we shed a light on the mechanism of shear coupled migration of twin boundaries. We analyze the dislocation content of migrating twin boundaries and demonstrate the intrinsic correspondence between two approaches to the description of shear-coupled grain boundary migration.
Nanocrystalline metals have been a topic of great discussion over recent years due to exceptional strength and novel grain boundary (GB) mediated deformation mechanisms. Their microstructure is known to evolve through the dynamic processes such as GB migration and grain rotation. The important and very special type of GB is twin boundary (TB). Deformation twinning is an important mechanism of plastic deformation in metals with hexagonal crystal structure e.g. magnesium or titanium alloys. The nucleation, propagation and growth mechanisms of twins are extensively studied nowadays. The twin boundary migration plays a significant role in the microstructure evolution of metallic materials. The knowledge of migration mechanisms under applied stress can be considered as a basis for the development of nanostructured materials with improved mechanical properties. Faceting of twin boundaries, non-Schmid behavior, and importance of disconnections are widely discussed in recent publications. In this thesis molecular dynamics simulations are performed to extend the understanding of the fundamental deformation mechanism which mediate the plastic deformation in HCP materials. This work enhances our understanding of twinning mechanisms, further developments of nanoscale predictive model for HCP metal’s process optimization. In the first part of the thesis, we focused on the mechanism of {112 6} TB migration. It is shown that migration of {112 6} TB is mediated by disconnections. We have demonstrated the nucleation of asymmetrical facets in {112 6} twin boundary by using atomistic simulation and topological analysis via the use of dichromatic pattern. The results of simulations are supported by transmission electron microscopy (observation of asymmetrical basal-pyramidal (BPy) interfaces of {112 6} twin). In the second part, we reveal the role of - phase in the connection with nucleation and growth mechanism of {112 2} twin boundary. We analyze the {112 2} twin nucleation in Ti by reverse -- phase transformation. Twin nucleated by phase transformation mechanism can grow by migration of {112 2} twin boundary. This migration is mediated by the gliding of step like defects i.e. disconnections along with {112 2} twin boundary. Gliding of steps can be interpreted as a pair of disconnections (b_t and b_t^*) i.e. dissociated core of b_(3/3) disconnection, which contains omega-phase structure inside. For the first time b_t and b_t^* have been found and were analyzed. These results resolve the conflicts between experiment and previous atomistic modeling concerning selection of growth mode of {112 2} twin. In third part of this thesis, we shed a light on the mechanism of shear coupled migration of twin boundaries. We analyze the dislocation content of migrating twin boundaries and demonstrate the intrinsic correspondence between two approaches to the description of shear-coupled grain boundary migration.
Description
Citation
VERMA, R. Mechanismy plastické deformace zprostředkované hranicemi zrn v hcp kovech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
Prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc. (člen)
Dr. Napoleon Anento (člen)
doc. Ing. Roman Gröger, Ph.D. et Ph.D. (člen)
Dr. Ing. Filip Šiška, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-10-03
Defence
Disertační práce Ritu Verma se zabývá mechanismy plastické deformace zprostředkované hranicemi zrn v hcp kovech. Její cílem bylo posunout základní porozumění základních deformačních mechanismů, které zprostředkovávají plastickou deformaci v HCP materiálech. To objasňuje některé aspekty twinningových mechanismů a přispívá k vývoji nanoměřítek prediktivních modelů pro vybrané HCP kovy. Velmi pozitivním rysem této práce je, že kombinuje obojí experimentální a teoretický výzkum. Práce je velice aktuální a stanovené cíle byly kompletně splněny. Vysokou kvalitu práce dokazují publikované výsledky ve 4 článcích v impaktovaných časopisech (3 již publikované a 1 předložena), spolu se 7 prezentacemi na mezinárodních konferencích. V průběhu obhajoby studentka prokázala svoji odbornost a kvalitní znalosti ve zkoumané problematice a tím i předpoklady samostatně vědecky pracovat. Na dotazy komise odpověděla uspokojivě.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení