بررسي اشاعه ترك در نانو كريستال آهن- نيتروژن به روش شبيه سازي ديناميك مولكولي

Crack Propagation in nanocrystalline Iron-Nitrogen Via Molecular Dynamics Simulation

در سالهاي اخير فولادهاي نيتروژن دار به دليل داشتن خواص خوبي از استحكام و انعطاف پذيري مورد توجه محققان و متخصصان صنعتي قرار گرفته است. شناسايي خواص مكانيكي فولادهاي نيتروژن دار به منظور استفاده از اين آلياژها با قابليت اطمينان بالا در تجهيزات مختلف از اهميت بالايي برخوردار است. در اين ميان توانايي مقاومت ماده در برابر اشاعه ترك، از پارامترهاي مهم به شمار مي رود. هدف از اين پژوهش، شبيه سازي اشاعه ترك در نانوكريستال آلياژي آهن-نيتروژن مي باشد. امروزه علوم نانو و شبيه سازي هاي رايانه اي در مقياس مولكولي، به يكي از پرطرفدارترين موضوع هاي مورد مطالعه در دنيا مبدل شده است. يكي از روشهاي عددي در ابعاد نانومتري، روش شبيه سازي ديناميك مولكولي است، كه معينترين روشِ حل سيستم هاي مولكولي از بين روشهاي موجود است. در تحقيق حاضر، سيستم كريستالي آهن-نيتروژن با اعمال تابع پتانسيل تصحيح شده اتم محاط شده (MEAM) و پارامترهاي مربوط به آلياژ آهن-نيتروژن شبيه سازي ميشود. ريزساختار و همچنين مسير رشد ترك در نانوكريستال مورد مطالعه، تحت بارگذاري كششي با مقدار سرعت ps /Å 8.0 در دماي 300K مورد بررسي و تحليل قرار مي گيرد. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش كرنش و در نتيجه ايجاد تنش در نمونه ها، تغيير شكل پلاستيك از نوك ترك به دليل ايجاد تمركز تنش در آن شروع مي گردد. با افزايش بيشتر تنش حفره هايي در ساختار جوانه زده و به سمت ناحيه پيشروي رشد ترك اوليه اشاعه پيدا مي كند. سرعت رشد ترك با افزايش طول ترك افزايش مي يابد مقادير تنش در هر سه جهت كريستالي ابتدا داراي رفتار غيرخطي و سپس رفتار خطي مي باشند كه ناشي از تغيير جهت رشد ترك در طول زمان شبيه سازي مي باشد.

Recently, nitrogen alloyed steels have attracted the attention of researchers and industrial specialists due to their combination of strength and elongation. The identification of mechanical properties of nitrogen alloyed steels is very important for using these alloys with high reliability in various applications. Meanwhile, the resistance of material to crack propagation is one of the important parameters. Nowadays, nanoscience and computer simulations at nanoscale are noticed as the most studied subjects in the world. Molecular Dynamics Simulation (MDS) is one of the numerical methods at nanoscale which is the most deterministic method among available methods for the solution of molecular systems. The aim of this study is to simulate the crack propagation in Iron-Nitrogen nanocrystalline. In this regard, Iron- Nitrogen nanocrystalline is modeled by applying Modified Embedded Atom Method (MEAM) interatomic potential using the related parameters for Iron-Nitrogen alloy. The microstructure of crack growth in nanocrystalline with dimension 100A0 40A0 3A0 are investigated under tensile loading with velocity magnitude of 0.8 Å /ps at temperature of 300K. The results show that crack velocity increases with the increase in crack length. The increase in the peak of radial distribution function curve during different time steps is as a result of change in the positions of particles during crack propagation. Also, the results indicates that the magnitudes of stress at three crystal directions has firstly nonlinear behavior and then changes to linear one which is due to the change of direction of crack growth during simulation time steps. Also, the track-growth direction and the track opening are investigated under simulation conditions.