Влияние ударных послекаскадных волн на структурные изменения, происходящие в обеденной зоне ГЦК-кристалла

Abstract

В представленной статье методом молекулярной динамики проведено исследование влияния ударных послекаскадных волн, образующихся в твердом теле при облучении высокоэнергетическими частицами, на процесс структурных изменений, происходящих в обедненной зоне кристалла с ГЦК решеткой (на примере никеля). При выполнении моделирования взаимодействие между атомами описывалось с помощью потенциала, рассчитанного в рамках метода погруженного атома. Ударные послекаскадные волны создавались путем присвоения граничным атомам расчетной ячейки скорости, превышающей скорость звука в моделируемом материале. Показано, что в процессе релаксации моделируемой системы, содержащей малую концентрацию вакансий, дефекты перестраиваются в тетраэдры дефектов упаковки, а при высокой концентрации наблюдается формирование зеренной структуры и порообразование. Под воздействием ударных волн число атомов, принадлежащих ГПУ-фазе и представляющие собой в моделируемом кристалле дефекты упаковки, уменьшается. Кроме того, с помощью анализ дислокационной структуры моделируемой системы выполнена оценка числа, типа и общей протяженности сформированных в процессе релаксации дислокационных сегментов. Показано, что под воздействием ударных волн происходит уменьшение общего числа дислокационных сегментов, в результате чего начинают преобладать сегменты типа частичных дислокаций Шокли. Исследование образованной при высокой концентрации вакансий зеренной структуры показало, что избыточный свободный объем растворяется в межзеренных границах. После прохождения ударных волн доля растворенного свободного объема снижается, и он локализуется в области генерирования волн в виде нанопор. Выполнена количественная оценка уменьшения растворенного свободного объема при различных температурах. In the present article, the molecular dynamics method has been used to study the effect of shock post-cascade waves generated in a solid when irradiated with high-energy particles on the process of structural changes occurring in the depleted crystal zone with an FCC lattice (for example, nickel). When performing simulations, the interaction between atoms was described using the potential calculated in the framework of the embedded atom method. Shock post-cascade waves were created by assigning the boundary atoms of the computational cell to a velocity exceeding the speed of sound in the simulated material. It is shown that during the relaxation of a simulated system containing a small concentration of vacancies, the defects are rearranged into stacking fault tetrahedra, and at a high concentration, the formation of a grain structure and void formation are observed. Under the influence of shock waves, the number of atoms belonging to the hcp phase and representing stacking fault in the simulated crystal decreases. In addition, using the analysis of the dislocation structure of the simulated system, the number, type and total length of the dislocation segments formed during the relaxation process was estimated. It is shown that under the influence of shock waves, a decrease in the total number of dislocation segments occurs, as a result of which Shockley partial dislocation-type segments begin to dominate. The study of the grain structure formed at a high concentration of vacancies showed that excess free volume dissolves in the grain boundaries. After the passage of shock waves, the fraction of dissolved free volume decreases, and it is localized in the region of wave generation in the form of nanovoids. A quantitative estimate of the decrease in dissolved free volume at various temperatures was performed.