A study of grain boundary effects on the stress-induced martensitic transformation and superelasticity in NiTi alloy via atomistic simulation

材料科学 假弹性 马氏体 晶界 无扩散变换 成核 冶金 钛镍合金 变形(气象学) 晶界强化 压力(语言学) 凝聚态物理 微观结构 形状记忆合金 复合材料 热力学 物理 哲学 语言学
作者
Shuai Liu,Chang-Bo Ke,Shanshan Cao,Xiao Ma,Yameng Xu,Xin-Ping Zhang
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:133 (8) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0134274
摘要

The stress-induced martensitic transformations and superelasticity behavior in the NiTi alloy with a single crystal model and a twist grain boundary bicrystal model at different temperatures are studied using molecular dynamics simulations. An atomic tracing method is proposed to identify specific numbers of B19′ martensite variants. Under uniaxial compressive loading, the stress-induced martensitic transformation takes place accompanied by the formation of <011>M type II twins, and the deformation process can be divided into three distinct stages based on microstructure evolution and average atomic total energy. It is found that the twist grain boundary induces an increase in the martensite start temperature, which is consistent with the experimental results. There is no residual B19′ martensite at the end of the unloading process, and the irrecoverable strain mainly results from plastic deformation at the grain boundary through the analysis of atomic local shear strains and has hardly changed with increasing deformation temperature. Remarkably, the grain boundary brings about the acceleration of martensite nucleation and an earlier occurrence of stress plateau. Further simulation results manifest that the presence of the twist grain boundary leads to weakened temperature dependence of martensitic transformation stress and a reduction in the hysteresis loop area.
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