Forscher lösten ein 100-jähriges Rätsel auf dem Gebiet der Metallurgie, wie Einkristalle eine abgestufte Härtung aufweisen, während andere dies nicht tun - laut a aktuelle Studie veröffentlicht in Naturmaterialien .
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100 Jahre altes Puzzle, wie Metall beim Falten aushärtet
Seit Tausenden von Jahren genießen Menschen die natürliche Eigenschaft von Metallen, bei mechanischer Verformung zu stärkeren Materialien zu härten. In Verbindung mit der Bewegung von Versetzungen sind Metallhärtungsmechanismen seit mehr als einem Jahrhundert für physikalische Metallurgen unbekannt. Berichte Phys.org.
Das Forscherteam des Lawrence Livermore National Laboratory LLNL - unter der Leitung des Materialwissenschaftlers Vasily Bulatov - durchgeführt atomistisch Simulationen, die groß genug sind, um die makroskopische Kristallplastizität statistisch darzustellen - was die Grenzen des Supercomputing überschritt.
Beobachtung der Metallhärtung, Versetzungen, Kristallplastizität
Diese Simulationen mussten jedoch auch vollständig aufgelöst werden, damit die Forscher die Ursprünge der Metallhärtung auf der grundlegendsten Ebene der Atombewegung untersuchen konnten.
Die Simulationen wurden dank des Mira-Supercomputers in der Argonne Laboratory Computational Facility und der Vulcan- und Lassen-Supercomputer in Livermore durchgeführt.
Die fundamentalen Ursachen der Metallhärtung konnten erst vor 86 Jahren wissenschaftlich erklärt werden, als Versetzungen - technisch krummlinig Kristall Defekte, die durch Gitterstörung erzeugt wurden - wurden als mögliche Ursache für die Kristallplastizität vorgeschlagen. Während direkte kausale Zusammenhänge zwischen Versetzungen und Kristallplastizität eine fest etablierte theoretische Grundlage hatten, sah dies niemand in Medienauflösung - innerhalb des Schüttguts selbst.
Versetzungen durch alle Phasen der Metallhärtung
"Wir haben uns auf einen Supercomputer verlassen, um zu klären, was die Metallhärtung verursacht", sagte Bulatov. "Anstatt zu versuchen, die Härtung aus den zugrunde liegenden Mechanismen des Versetzungsverhaltens abzuleiten, die seit Jahrzehnten das Ziel der Versetzungstheorie sind, haben wir eine extrem große Leistung erbracht."-skalige Computersimulationen auf einer noch grundlegenderen Ebene - die Bewegung von Atomen, aus denen der Kristall besteht. "
Das Team zeigte, wie die berüchtigte inszenierte oder Flexions- Härtung von Metallen aufgrund einer Kristallrotation unter sogenannter uniaxialer Beanspruchung erfolgt. Im Gegensatz zu den sehr unterschiedlichen und widersprüchlichen Ansichten zu diesem Thema in der wissenschaftlichen Literatur hat das Teamfanden heraus, dass die grundlegenden Mechanismen von Versetzungsprozessen in jeder Phase von gleich sind Metallhärten .
"In unseren Simulationen haben wir genau gesehen, wie sich die Bewegung einzelner Atome in der Bewegung von Versetzungen niederschlägt, die zusammen eine Metallhärtung bewirken", sagte Bulatov.
Endlos dargestellt in mittelalterlichen Geschichten über Ritter, Tapferkeit und moderne Streaming-Shows wie "Game of Thrones", die Ikone eines Schmieds Schwerter machen durch Falten und Hämmern hat Metall endlich eine materialistische Erklärung gefunden - nicht nur in der Theorie, sondern auch in der Wissenschaft.