Metadynamik Simulationen zur Bestimmung des Profils der freien Energie bei Scherung in Aluminium Einkristallen und an Korngrenzen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Rebecca Janisch
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224774199

Korngrenzen in Metallen und Legierungen beeinflussen die Verformbarkeit und Festigkeit des Werkstoffs. Sie wechselwirken mit Versetzungen und stellen Schwachpunkte in der Mikrustruktur da, an denen bevorzugt Risse nukleieren können. Um also die makroskopische Festigkeit und plastische Verformbarkeit polykristalliner Metalle bei endlichen Temperaturen verstehen und vorhersagen zu können, ist es notwendig die Energiebarrieren für Korngrenzgleiten und die Scherfestigkeit von Korngrenzen in der Mikrostruktur zu kennen. Diese Größen können aus Berechnungen der verallgemeinerten Stapelfehler-Energiehyperfläche ("gamma" -Fläche) gewonnen werden. Diese geben darüberhinaus Einblick in die Wechselwirkung von Versetzungen mit Korngrenzen. "gamma"-Flächen können mittel ab-initio Elektronenstrukturrechnungen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Bei diesen Berechnungen muss jedoch die Relaxierung der individuellen Atome beschränkt werden, wodurch Energiebarrieren und die Ableitung der Energie mit der Verschiebung - also hier die Scherspannung - überschätzt werden. In diesem Projekt werden wir den Ansatz der konventionellen "gamma" - Fläche verbessern und auf endlichen Temperaturen erweitern, in dem wir das Profil der freien Energie bei Scherung von Aluminium Einkristallen und an Korngrenzen aus atomistischen Simulationen unter Verwendung der Metadynamik ableiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Michael William Finnis; Professor Dr. Alexander Hartmaier