Simulaciones atomísticas de propiedades mecánicas y termodinámicas en metales y aleaciones

FACUNDO ARRIAGA; FERNANDO LANZINI; FORNARO OSVALDO

Córdoba

Congreso; 106a Reunión Nacional de la Asociacón Fïsica Argentina; 2021

En este trabajo se implementaron técnicas de Estática Molecular (EM) y Dinámica Molecular (DM), para el estudio de fenómenos y propiedades de materiales relacionados con las líneas de investigación del grupo de trabajo de Propiedades Mecánicas y Transformaciones de Fase del Instituto de Física de Materiales Tandil (IFIMAT). Se consideraron dos aplicaciones de estas técnicas: (i) Estudio de las propiedades de bordes de grano (BG) en Cu y Al; (ii) Simulación de la transformación martensítica (TM) y las propiedades de memoria de forma en aleaciones de Ni-Al. Para ambas aplicaciones se utilizó el programa LAMMPS, el cual sintetiza los algoritmos necesarios para la aplicación de ambas técnicas [1,2]. Los potenciales interatómicos fueron modelados mediante el método EAM (Embedded Atom Method), utilizando las implementaciones de [3-5]. La técnica de EM fue aplicada al estudio de la energía de borde de grano (EBG ) en metales puros de estructura fcc, Cu y Al, variando la inclinación φ de forma simétrica entre las regiones a cada lado de la frontera sobre el eje h100i. La minimización de la energía se realizó utilizando el método del gradiente conjugado. Se encontró que, para cada ángulo particular, variaciones en la configuración inicial llevan a diferentes valores finales de la energía de BG, siendo este conjunto de valores discreto y acotado. Se atribuye este fenómeno a la existencia de mínimos locales de la energía. Para ángulos de inclinación pequeños (φ < 15o − 20o ), la EBG crece rápidamente en función del ángulo. Este comportamiento pudo ser adecuadamente descripto siguiendo el modelo propuesto por [6]. Como segunda aplicación, se utilizó el método de DM para el estudio de la transformación martensítica en Ni-Al. Se generaron diversas estructuras con contenidos de Ni de entre 50 y 74 % con estructura inicial B2, y se estudió la estabilidad de fases para diferentes temperaturas. Se encontró que las aleaciones con menor contenido de Ni permanecen en estructura B2 en todo el rango entre 10 y 900 K, mientras que aquellas con contenidosde Ni mayores se estabilizan en una estructura martensítica maclada, con estructura monoclínica. Partiendo de una aleación con 69 % de Ni a 10K, en estructura martensítica, se estudió su comportamiento durante un ciclo completo de carga/descarga y calentamiento/enfriamiento. Se pudo observar la histéresis térmica asociada con la transformación y retransformación entre la austenita y la martensita, al igual que el fenómeno de memoria de forma.