Pour comprendre exactement comment les métaux réagissent à la compression à haut débit dans les simulations de dynamique moléculaire, Les scientifiques du LLNL utilisent de nouvelles méthodes de microscopie in silico pour révéler les défauts du réseau cristallin (objets de lignes vertes et rouges et objets de surface gris en haut) tout en supprimant tous les atomes (boules jaunes en bas) pour plus de clarté. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Pour résoudre un casse-tête de 100 ans en métallurgie sur les raisons pour lesquelles les monocristaux présentent un durcissement par étapes alors que d'autres ne le font pas, Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) l'ont ramené au niveau atomistique.
La recherche apparaît dans l'édition du 5 octobre de Matériaux naturels .
Depuis des millénaires, les humains ont exploité la propriété naturelle des métaux pour devenir plus forts ou durcir lorsqu'ils sont déformés mécaniquement. Finalement ancrée dans le mouvement des luxations, les mécanismes de durcissement des métaux sont restés dans le collimateur des métallurgistes physiques pendant plus d'un siècle.
L'équipe dirigée par le scientifique des matériaux du LLNL, Vasily Bulatov, a effectué des simulations atomistiques aux limites de la superinformatique qui sont suffisamment grandes pour être statistiquement représentatives de la plasticité cristalline macroscopique mais entièrement résolues pour examiner les origines du durcissement des métaux à son niveau le plus fondamental de mouvement atomique. Les simulations ont été effectuées sur les supercalculateurs Vulcan et Lassen du supercalculateur Livermore et Mira de l'installation de calcul du laboratoire Argonne.
Les causes profondes du durcissement du métal sont restées inconnues jusqu'à il y a 86 ans, lorsque les dislocations (défauts cristallins curvilignes créés par le désordre du réseau) ont été proposées pour être responsables de la plasticité cristalline. Bien que le lien de causalité direct entre les dislocations et la plasticité cristalline soit fermement établi, aucune équipe n'a observé ce que font les dislocations in situ - lors de la déformation - dans le matériau en vrac.
« Nous nous sommes appuyés sur un superordinateur pour clarifier les causes du durcissement du métal, dit Boulatov. "Au lieu d'essayer de dériver le durcissement des mécanismes sous-jacents du comportement de dislocation, qui a été l'aspiration de la théorie de la dislocation pendant des décennies, nous avons effectué des simulations informatiques à très grande échelle à un niveau encore plus basique :le mouvement des atomes dont est fait le cristal. »
L'équipe a démontré que le durcissement par étapes (inflexion) notoire des métaux est une conséquence directe de la rotation des cristaux sous déformation uniaxiale. En contradiction avec les points de vue largement divergents et contradictoires de la littérature, les chercheurs ont découvert que les mécanismes de base du comportement de dislocation sont les mêmes à toutes les étapes du durcissement du métal.
"Dans nos simulations, nous avons vu exactement comment le mouvement des atomes individuels se traduit par le mouvement des dislocations qui se combinent pour produire un durcissement du métal, " a déclaré Boulatov.
