Abstract

Depending on the mechanical and thermal energy introduced to a dry sliding interface, the near-surface regions of the mated bodies may undergo plastic deformation. In this work, we use large-scale molecular dynamics simulations to generate “differential computational orientation tomographs” (dCOT) and thus highlight changes to the microstructure near tribological FCC alloy surfaces, allowing us to detect subtle differences in lattice orientation and small distances in grain boundary migration. The analysis approach compares computationally generated orientation tomographs with their undeformed counterparts via a simple image analysis filter. We use our visualization method to discuss the acting microstructural mechanisms in a load- and time-resolved fashion, focusing on sliding conditions that lead to twinning, partial lattice rotation, and grain boundary-dominated processes. Extracting and laterally averaging the color saturation value of the generated tomographs allows us to produce quantitative time- and depth-resolved maps that give a good overview of the progress and severity of near-surface deformation. Corresponding maps of the lateral standard deviation in the color saturation show evidence of homogenization processes occurring in the tribologically loaded microstructure, frequently leading to the formation of a well-defined separation between deformed and undeformed regions. When integrated into a computational materials engineering framework, our approach could help optimize material design for tribological and other deformation problems.

Graphic Abstract

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中文翻译：

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使用差分计算方向层析成像技术阐明滑动接触中可塑性的开始

摘要

取决于引入干式滑动界面的机械能和热能，配合体的近表面区域可能会发生塑性变形。在这项工作中，我们使用大规模分子动力学模拟来生成“差分计算取向断层图”（dCOT），从而突出显示了摩擦学FCC合金表面附近微观结构的变化，从而使我们能够检测出晶格取向的细微差异和晶粒中的小距离边界迁移。该分析方法通过一个简单的图像分析过滤器将计算生成的方向断层扫描仪与其未变形的对应物进行比较。我们使用可视化方法以载荷和时间分辨的方式讨论作用的微观结构机理，重点研究导致孪晶，部分晶格旋转，和晶界为主的过程。提取并横向平均所生成的层析X射线照片的色彩饱和度值，使我们能够生成定量的时间和深度分辨图，从而可以很好地概述近表面变形的进展和严重程度。色彩饱和度中横向标准偏差的对应图显示了在摩擦加载的微观结构中发生的均质化过程的证据，经常导致在变形和未变形区域之间形成明确定义的分隔。当集成到计算材料工程框架中时，我们的方法可以帮助优化针对摩擦学和其他变形问题的材料设计。提取并横向平均所生成的层析X射线照片的色彩饱和度值，使我们能够生成定量的时间和深度分辨图，从而可以很好地概述近表面变形的进展和严重程度。色彩饱和度中横向标准偏差的对应图显示了在摩擦加载的微观结构中发生的均质化过程的证据，经常导致在变形和未变形区域之间形成明确定义的分隔。当集成到计算材料工程框架中时，我们的方法可以帮助优化针对摩擦学和其他变形问题的材料设计。提取并横向平均所生成的层析X射线照片的色彩饱和度值，使我们能够生成定量的时间和深度分辨图，从而可以很好地概述近表面变形的进展和严重程度。色彩饱和度中横向标准偏差的对应图显示了在摩擦加载的微观结构中发生的均质化过程的证据，经常导致在变形和未变形区域之间形成明确定义的分隔。当集成到计算材料工程框架中时，我们的方法可以帮助优化针对摩擦学和其他变形问题的材料设计。色彩饱和度中横向标准偏差的对应图显示了在摩擦加载的微观结构中发生的均质化过程的证据，经常导致在变形和未变形区域之间形成明确定义的分隔。当集成到计算材料工程框架中时，我们的方法可以帮助优化针对摩擦学和其他变形问题的材料设计。色彩饱和度中横向标准偏差的对应图显示了在摩擦加载的微观结构中发生的均质化过程的证据，经常导致在变形和未变形区域之间形成明确定义的分隔。当集成到计算材料工程框架中时，我们的方法可以帮助优化针对摩擦学和其他变形问题的材料设计。

图形摘要

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