Para comprender exactamente cómo responden los metales a la compresión de alta velocidad en simulaciones de dinámica molecular, Los científicos de LLNL utilizan métodos novedosos de microscopía in silico para revelar defectos en la red cristalina (objetos de línea verde y roja y objetos de superficie gris en la parte superior) mientras eliminan todos los átomos (bolas amarillas en la parte inferior) para mayor claridad. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Para resolver un acertijo de 100 años en metalurgia sobre por qué los cristales individuales muestran un endurecimiento por etapas mientras que otros no, Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) lo llevaron al nivel atomístico.
La investigación aparece en la edición del 5 de octubre de Materiales de la naturaleza .
Durante milenios, los seres humanos han explotado la propiedad natural de los metales para volverse más fuertes o endurecerse cuando se deforman mecánicamente. En última instancia, arraigado en el movimiento de las dislocaciones, Los mecanismos de endurecimiento del metal han permanecido en la mira de los metalúrgicos físicos durante más de un siglo.
El equipo encabezado por el científico de materiales de LLNL Vasily Bulatov realizó simulaciones atomísticas en los límites de la supercomputación que son lo suficientemente grandes como para ser estadísticamente representativas de la plasticidad cristalina macroscópica, pero completamente resueltas para examinar los orígenes del endurecimiento del metal en su nivel más fundamental de movimiento atómico. Las simulaciones se realizaron en las supercomputadoras Vulcan y Lassen en la supercomputadora Livermore y Mira en la Instalación Computacional del Laboratorio Argonne.
Las causas fundamentales del endurecimiento del metal permanecieron desconocidas hasta hace 86 años. cuando se propuso que las dislocaciones (defectos de cristales curvilíneos producidos por el desorden de la red) eran responsables de la plasticidad del cristal. A pesar de que la conexión causal directa entre dislocaciones y plasticidad cristalina está firmemente establecida, ningún equipo ha observado lo que hacen las dislocaciones in situ, durante el esfuerzo, en el material a granel.
"Confiamos en una supercomputadora para aclarar qué causa el endurecimiento del metal, Dijo Bulatov. "En lugar de intentar derivar el endurecimiento de los mecanismos subyacentes del comportamiento de dislocación, que ha sido la aspiración de la teoría de la dislocación durante décadas, realizamos simulaciones por computadora a ultra-gran escala a un nivel aún más básico:el movimiento de los átomos de los que está hecho el cristal ".
El equipo demostró que el notorio endurecimiento por etapas (inflexión) de los metales es una consecuencia directa de la rotación del cristal bajo tensión uniaxial. En desacuerdo con puntos de vista ampliamente divergentes y contradictorios en la literatura, Los investigadores encontraron que los mecanismos básicos del comportamiento de la dislocación son los mismos en todas las etapas del endurecimiento del metal.
"En nuestras simulaciones vimos exactamente cómo el movimiento de los átomos individuales se traduce en el movimiento de las dislocaciones que se combinan para producir el endurecimiento del metal, ", Dijo Bulatov.
