Beschreibung

Abbildung 1: Sequenz der Ausscheidungsstrukturen in Al-Cu-Legierungen

In Aluminiumlegierungen spielt die Mischkristall-, Partikel-, und Korngrenzenverfestigung eine herausragende Rolle für die technische Anwendung. In diesem Teilprojekt wird die Festigkeitserhöhung mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen untersucht. Hierfür sollen das Molekulardynamik-Programm IMD, das im Rahmen des SFB 382 entwickelt wurde, und EAM (Embedded Atom Method)-Potenziale für Al-Al, Cu-Cu und Al-Cu eingesetzt werden.

Es sollen zunächst Computerprogramme entwickelt werden, die es ermöglichen, geeignete Anfangsstrukturen, d.h. Al Einkristalle, Al-Cu-Mischkristalle, Kristalle mit sogenannten Guinier-Preston(GP)-Zonen GP-I (kohärente Cu Ausscheidungsscheibchen mit 5 nm Durchmesser und monoatomarer Dicke) bzw. GP-II (kohärente Scheibchen mit 20 nm Durchmesser und 3 nm Dicke) in der Al-Matrix, sowie Kristalle mit Korngrenzen zu erzeugen, siehe Abb. 1.

Abbildung 2: Die durch die Ausscheidungen verursachte Festigkeitserhöhung in Al-Cu. Dargestellt ist die 0,2% Dehngrenze R_{p0,2} über der Auslagerungszeit.

Es sollen daraufhin Stufen- oder Schraubenversetzungen in diese Strukturmodelle eingebracht und die Behinderung der Versetzungsbewegung insbesondere unter äußerer Last mit Hilfe von Molekulardynamik (MD)-Simulationen untersucht werden. Die geplanten Berechnungen erfordern hohe Atomanzahlen sowie lange Rechenzeiten und stellen außerdem an die graphische Darstellung besondere Anforderungen. Das Ziel der Simulationen ist zu verstehen, wie die Mischkristall-, Teilchen- und Korngrenzenverfestigung die makroskopische Festigkeit erhöhen, siehe Abb. 2.

Insbesondere werden hiervon grundlegende Erkenntnisse zu Versetzung/Partikel-Interaktionen, zu Eigenspannungen um die Partikel, zum inversen Hall-Petch-Effekt (und dem damit verbundenen Festigkeitsmaximum nanokristalliner Al-Werkstoffe sowie zur Rissausbreitung erwartet.

 

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