Druckinduzierte Festkörperphasenübergänge und plastische Verformung in 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. Zur Zeit arbeiten wir in der Arbeitsgruppe daran, diese Ergebnisse auf kohlenstoffbasierte Legierungen und High-Entropy-Alloys zu erweitern.

• D. Thürmer, O. R. Deluigi, H. M. Urbassek, E. M.Bringa, N. Merkert. Atomistic Simulations of the Shock and Spall Behavior of the Refractory High-Entropy Alloy HfNbTaTiZr. High Entropy Alloys & Materials, DOI: 10.1007/s44210-024-00042-2, 2024.
• D. Thürmer, H.-T. Luu, N. Merkert. Molecular dynamics simulation of shock waves in Fe and Fe–C: Influence of system characteristics. J. Appl. Phys. 135:155901, 2024
• D. Thürmer, N. Gunkelmann. Shock-induced spallation in a nanocrystalline high-entropy alloy: An atomistic study. J. Appl. Phys. 131:065902, 2022.
• D. Thürmer, S. Zhao, O. R. Deluigi, C. Stan, I. A. Alhafez, H. M. Urbassek, M. A. Meyers, E. M.Bringa, N. Gunkelmann. Exceptionally high spallation strength for a high-entropy alloy demonstrated by experiments and simulations. J. Alloys Compd. 895:162567, 2022.
• 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

• Prof. Dr. Nina Merkert