МОДЕЛИРОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ

10.25712/ASTU.1811-1416.2025.01.009

Аннотация

С использованием метода молекулярной динамики (МД) проведено исследование соединения двух нанокристаллических блоков меди путем знакопеременных взаимных смещений под действием приложенного давления, моделирующих процесс ультразвуковой сварки металлов (УЗС). Расчетная ячейка для моделирования состояла из двух блоков меди с колончатыми зернами размером 6.26 нм, имеющими общую ось колонны [112] и сечение в форме правильного шестиугольника. Поверхности блоков содержали неровности, описываемые синусоидой с амплитудой 10 Å. Система вначале релаксировалась под заданным давлением от 0.25 до 2 ГПа для достижения равновесия при температуре 300 К, затем блокам сообщались синусоидальные смещения с амплитудой 5 нм в противоположных направлениях. Моделирование показало, что соединение формируется путем расширения области контакта блоков при взаимных сдвигах последних, а первоначальная полость трансформируется в пору, размер которой уменьшается с повышением давления. При некотором критическом давлении происходит полное залечивание поры и образование сплошного соединения. Нанокристалл, образовавшийся в результате соединения, имеет повышенный атомный объем, что связано с релаксацией поры под действием сдвиговых деформаций и напряжения растяжения. Знакопеременная деформация сдвига, происходящая при моделируемой УЗС, приводит к росту зерен, в том числе путем объединения зерен, первоначально принадлежавших двум разным блокам. Это является важным фактором, приводящим к формированию бездефектного соединения при УЗС.