Grain Boundary Relaxation in Bi-Crystals: Mechanical Spectroscopy and Molecular Dynamics Simulations

• Autorzy: Maier A.-K. , Mari D. , Tkalcec I. , Schaller R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0062

Warianty tytułu

PL

Relaksacja granic ziaren w bikryształach: spektroskopia mechaniczna i symulacje metodą dynamiki molekularnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Different Au-Ag-Cu samples have been studied by mechanical spectroscopy. Both polycrystals and bi-crystals show a relaxation peak at 800 K, accompanied by an elastic modulus change. Since this peak is absent in single crystals it is related to the presence of grain boundaries. Molecular dynamics simulations reveal two microscopic mechanisms, when a shear stress is applied onto a Σ5 grain boundary: at 700 K, the boundary migrates perpendicularly to the boundary plane under an external stress. At 1000 K, only sliding at the boundary is observed. These two mechanisms acting in different temperature intervals are used to model the mechanic response of a polycrystal under an applied stress. The models yield expressions for the relaxation strength Δ and for the relaxation time τ as a function of the grain size. A comparison with the mechanical spectroscopy measurements of polycrystals and the bi-crystals show that the grain boundary sliding model reproduces correctly the characteristics of the grain boundary peak.

PL

Różne próbki ze stopów Au-Ag-Cu badano metodą spektroskopii mechanicznej. Zarówno w polikryształach, jak i bikryształach występuje pik relaksacyjny w temperaturze 800 K, któremu towarzyszy zmiana modułu sprężystości. Ponieważ pik ten nie występuje w monokryształach to jego występowanie wiązane jest z obecnością granic ziaren. Symulacje dynamiki molekularnej ujawniają dwa mikroskopowe mechanizmy, gdy naprężenie ścinające jest przyłożone do granicy ziarna Σ5: w temperaturze 700 K, granica przemieszcza się prostopadle do płaszczyzny granicznej pod wpływem zewnętrznego naprężenia. W 1000 K, obserwuje się tylko poślizg po granicy. Te dwa mechanizmy działające w różnych zakresach temperatur są używane do modelowania mechanicznej reakcji polikryształu na przyłożone naprężenie. Modele podają wyrażenie na stopień relaksacji Δ i czas relaksacji τ w funkcji wielkości ziaren. Porównanie z wynikami badań polikryształów i bikryształów uzyskanych metodą spektroskopii mechanicznej pokazuje, że model poślizgu granicy ziarna poprawnie odtwarza charakterystykę piku pochodzącego od granic ziaren.

Słowa kluczowe

EN

internal friction grain boundaries; gold alloys; molecular dynamics

PL

granice wewnętrzne tarcia ziarna; stop złota; dynamika molekularna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 1
• Strony: 377--380
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Maier A.-K.

• Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institute of Condensed Matter Physics, Station 3, Ch-1015 Lausanne, Switzerland

autor

Mari D.

• Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institute of Condensed Matter Physics, Station 3, Ch-1015 Lausanne, Switzerland

autor

Tkalcec I.

• Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institute of Condensed Matter Physics, Station 3, Ch-1015 Lausanne, Switzerland

autor

Schaller R.

• Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institute of Condensed Matter Physics, Station 3, Ch-1015 Lausanne, Switzerland

Bibliografia

• [1] C. G. Lee, S. Okuda, Change in internal friction and elastic modulus during recrystallization of high purity copper, Phys. Status Solidi A 164, 2, 659-664 (1997).
• [2] A. Isore, W. Benoit, P. Stadelmann, Study of recrystallization of high-purity silver by measurement of internal friction and elastic modulus, Philos. Mag. 34, 5, 811-838 (1976).
• [3] A.-K. Maier, I. Tkalcec, D. Mari, R. Schaller, Grain boundary relaxation in 18-caratyellow gold, Solid St. Phen. 184, 283-288 (2012).
• [4] T. S. Ke, Experimental evidence of the viscous behavior of grain boundaries in metals., Phys. Rev. 71, 533-546 (1947).
• [5] C. Zener, Theory of the elasticity of polycrystals with viscous grain boundaries, Phys. Rev. 60, 12, 906-908 (1941).
• [6] J. Woirgard, A. Riviere, J. De Fouquet, Experimental and theo- retical aspect of the high temperature damping of pure metals, J. Phys. 42, C5, 407-419 (1981).
• [7] A. Riviere, J. P. Amirault, J. Woirgard, High temperature inter- nal friction and dislocation motion in poly and single crystals of fcc metals, J. Phys. 42, C5, 439-444 (1981).
• [8] Y. Shi, P. Cui, Q. P. Kong, W. B. Jiang, M. Winning, Internal friction peak in bicrystals with different misorientations, Phys. Rev. B 71, 6, 060101(R) (2005).
• [9] S. Plimpton, http://lammps.sandia.gov, official lammps website, 1995.
• [10] G. Grochola, S. P. Russo, I. K. Snook, On fitting a gold embed-ded atom method potential using the force matching method, J. Chem. Phys. 123, 20, 204719 (2005).
• [11] A.-K. Maier, D. Mari, I. Tkalcec, R. Schaller. Theoretical mod-elling of grain boundary anelastic relaxations, Acta Mater. 74, 132-140 (2014).
• [12] A.-K. Maier, I. Tkalcec, D. Mari, R. Schaller, Grain boundary relaxation and grain growth in 18-carat yellow gold alloy, Scr. Mater. 66, 6, 374-377 (2012).