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Druckinduzierte Festkörperphasenübergänge

Druckinduzierte Festkörperphasenübergänge und plastische Verformung in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Die Analyse von Materialien unter hohen Drücken ist sowohl wichtig, um astronomische oder geophysikalische Prozesse zu verstehen, als auch von Interesse für technologische Anwendungen. So können durch Druckbelastung neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften wie erhöhter Festigkeit entstehen.

Mit Hilfe von MD-Simulationen konnte die 3-Wellen-Struktur aus elastischer Kompression, plastischer, d.h. dauerhafter Verformung, und Phasentransformation in polykristallinem Eisen bestimmt werden. Das Verständnis dieses Phasenübergangs ist wichtig, um verbesserte Materialien zu erzeugen, die bei Umgebungsbedingungen stabil sind. Hierfür wurde ein Wechselwirkungspotential generiert, welches das Wechselspiel von Umwandlung und plastischer Verformung in Eisen gut beschreibt. In diesem Projekt wurde das oben beschriebene Potential mit verschiedenen Potentialen für die Wechselwirkung zwischen Eisen und Kohlenstoff gekoppelt. Die mechanischen Eigenschaften von Eisen-Kohlenstoff-Kristallen werden unter Hochdruckkompression untersucht. Damit kann die 3-Wellen-Struktur aus elastischer und plastischer Welle und Phasentransformation bestimmt werden. Der Kohlenstoff führt in Übereinstimmung mit Experimenten zu einem erhöhten Übergangsdruck. Aktuell arbeiten wir an der Simulation der Stoßkompression in Eisen-Kohlenstoff sowie der Übertragung auf polykristalline Proben.

Veröffentlichungen

  • H.-T. Luu, R. J. Ravelo, M. Rudolph, E. M. Bringa, T. C. Germann, D. Rafaja und N. Gunkelmann, Shock-induced plasticity in nanocrystalline iron: Large-scale molecular dynamics simulations, Phys. Rev. B 102, 020102(R), 2020.
     
  • N. Gunkelmann und M. Merkert,  Improved energy minimization of iron carbon systems: On the influence of positioning interstitial atoms, MSMSE 28(4) , 045005, 2020.
     
  • H.-T. Luu und N. Gunkelmann, Pressure-induced phase transformations in Fe-C: Molecular dynamics approach, Comput. Mater. Sci., 162, 295-303, 2019.
     
  • H.-T. Luu, R. G. A. Veiga und N. Gunkelmann, Atomistic Study of the Role of Defects on α --> ε Phase Transformations in Iron under Hydrostatic Compression, Metals 9(10):1040, 2019
     

Kontakt

Arbeitsgruppe Computational Material Sciences
Institut für Technische Mechanik
Technische Universität Clausthal

Raum 317, Arnold-Sommerfeld-Straße 6, 38678 Clausthal-Zellerfeld
E-Mail: nina.gunkelmann@tu-clausthal.de
Telefon: +49 5323 72-5214