С помощью молекулярно-динамического моделирования проведено исследование влияния примесей углерода и кислорода на скорость движения фронта кристаллизации в никеле. Рассматривались три разные ориентации фронта относительно растущего кристалла: (100), (110) и (111). Примесные атомы вводились случайно по всему объему расчетной ячейки. Концентрация примесей варьировалась от 0 до 7 % (ат.). Было выяснено, что введение примесных атомов во всех случаях существенно снижает скорость кристаллизации, причем атомы кислорода тормозят фронт кристаллизации сильнее, чем атомы углерода. Механизм торможения кристаллизации примесными атомами связан с двумя факторами: торможением самодиффузии в жидком металле из-за образования сравнительно крепких связей между атомами металла и атомами примеси (для кислорода эта связь сильнее по сравнению с атомами углерода), и искажением кристаллической решетки вследствие дилатационного эффекта вокруг примесных атомов в растущем кристалле (этот эффект также выше в случае атомов кислорода). В случае примеси углерода при достаточно высоких концентрациях (порядка нескольких процентов) атомы углерода формировали агрегаты, которые представляли собой скопления нескольких десятков атомов углерода в матрице металла. Фронт кристаллизации задерживался на данных агрегатах. При кристаллизации в условиях наличия примесей кислорода агрегаты не наблюдались. Ориентация фронта кристаллизации оказывает влияние на скорость кристаллизации: быстрее кристаллизация протекала при ориентации (100), медленнее – при ориентации (111). Данная анизотропия скорости движения фронта кристаллизации обусловлена отличием свободных энергий атома металла в жидкой фазе и «встроенного» в границу растущего кристалла.

Предложен метод определения с помощью молекулярной динамики энергии движущихся краевой, винтовой и двойникующей дислокаций в ГЦК металлах, заключающийся в построении и анализе графика зависимости от времени энергии расчетной области, через которую проходит дислокация. В качестве ГЦК металлов взяты никель, медь, серебро и аустенит. Для описания межатомных взаимодействий в никеле, меди и серебре использовались потенциалы Клери-Росато, для аустенита – потенциал Лау. Инициирование образования и движения дислокации проводилось за счет сдвига двух частей торца расчетной ячейки в разные стороны. Полная дислокация появлялась при моделировании сразу в виде расщепленной на пару частичных дислокаций Шокли, разделенных дефектом упаковки. Расстояние между частичными дислокациями составляло несколько нанометров. При высоких скоростях сдвига оно уменьшалось. Выяснено, что скорость сдвига влияет на энергию дислокации только до значений, равных примерно 40 м/с. При больших значениях скорости энергия дислокации повышается. Кроме этого, выяснено, что, начиная с 8 межатомных расстояний (примерно 20 Å), ширина моделируемой расчетной ячейки с периодическими условиями не влияет на получаемые значения энергии дислокации. Согласно полученным данным, энергия краевой дислокации примерно в полтора раза выше энергии винтовой дислокации. Для рассматриваемых металлов энергии дислокаций коррелируют с упругими характеристиками. Энергия двойникующей дислокации существенно меньше энергии краевой или винтовой дислокаций. Движущаяся двойникующая дислокация в модели была получена в результате расщепления винтовой дислокации на двойнике на две частичные дислокации, скользящие после расщепления вдоль двойника.