Molecular dynamics simulations on the intergranular crack propagation of magnesium bicrystals

材料科学 方向错误 晶界 成核 脆性 晶间腐蚀 冶金 分子动力学 位错 复合材料 晶间断裂 晶界滑移 微观结构 热力学 化学 计算化学 物理
作者
Zheyuan Xing,Haidong Fan,Guozheng Kang
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier]
卷期号:210: 111058-111058 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2021.111058
摘要

As an important micro-structure, grain boundary plays a significant role in the micro-structure evolution and mechanical property of metallic materials. In this study, comprehensive molecular dynamics simulations were performed to investigate the propagation mechanisms of intergranular cracks along [11-00] symmetric tilt grain boundaries in magnesium bicrystals under tensile loading conditions. The effects of grain boundary misorientation angle, temperature and solid solution were considered. The results show: At low temperature, most of the cracks with different misorientation angles propagate by the brittle cleavage mechanism, which generally agrees with the theoretical predictions based on the Rice’s model. With increasing the temperature, the crack propagation mechanism changes, on the one hand, from brittle cleavage to void nucleation, growth and coalescence; on the other hand, the local plastic deformation becomes favorable near the crack tip, due to the dislocation emission and nanograin nucleation via the split of original grain boundary, which relaxes the stress concentration and shields the crack tip. Also, the brittle-to-ductile transition is observed due to the effect of temperature. By adding the alloying elements of Al, Ca, Zn, it is seen that the strength of the grain boundary is enhanced. This work provides insights into the understanding of the ductility of magnesium and its alloys.
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