Atomistic Approach to Plasticity of Engineering Materials
- Reference number
- SM14-0035
- Start and end dates
- 150101-161231
- Amount granted
- 1 500 000 SEK
- Administrative organization
- Outokumpu Research Centre
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Traditional efforts of designing new alloys in terms of accessible parameters do not significantly reduce the laborious and expensive trial and error works. Our theoretical approach to the mechanical properties of alloys is based on calculated materials parameters, which provide information on the deformation process and reveal various phenomena without ambiguity. So far this route has not been available for metallurgists because of the inherent difficulty of experimental determination of these parameters. However, the modern first-principles atomic-level methodology created in my group over the last decade is suitable for establishing such parameters and thus can now be applied for a precise optimization of the properties of complex engineering alloys. Starting from this platform, I will go further by presenting and implementing our theoretical developments for scientists and engineers at the Outokumpu Avesta Research Centre. The research visit will focus on long-standing questions related to plasticity. The activities will start with a demonstration stage followed by joint verification efforts and applications. Demonstration will be done via seminars and tutorials. The theoretical predictions will be contrasted with observations for real materials. The program is expected to result in an enhanced academic and practical knowledge of the factors controlling the plastic behavior of steel materials. Besides the long-term collaboration, joint PhD programs are also envisaged.
Popular science description
Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i materialet. Utgående från den s k Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet. För ett material som består av 10^23 atomer är detta ett mycket omfattande problem. För kristallina material (d.v.s. där atomernas lägen intar symmetriska positioner) kan man ta hjälp av symmetrin och reducera ner problemet till en nivå som är hanterbar. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, dvs baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos s.k. intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas höghållfasta superlegeringar, eldfasta material, och speciella stålsorter. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi, energi etc. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom Avesta Research Centre utveckla nya materialsammansättningar och stålsorter med optimala egenskaper. Detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar. Verksamheten omfattar demonstration, verifiering och applikationssteg, och kommer utöver nya material även att resultera i nya gemensamma doktorandprogram och arbetstillfällen.