Nanocrystalline metals and alloys show promising properties for technological applications. However, their unusual mechanical behavior proved to be a real challenge to be understood. Experimental studies of these materials are affected by complexity and cost in creating a bulk sample free of defects. Thus, molecular dynamics simulations have emerged as an important tool to assess, at atomic level, the phenomena responsible for their behavior. In this thesis, three different nanocrystalline systems (Al80Ti15Ni5 alloy, pure nickel, and pure aluminum) were studied using molecular dynamics. The focus was to analyze the systems´ mechanical behavior with special attention to the inverse Hall-Petch relationship and the related deformation mechanisms. Atomic arrangement analysis of the ternary alloy demonstrated the grain boundary sliding and diffusion as the dominant deformation mechanisms. In addition, deformation mechanisms present in amorphous materials seems to be capable of work in nanocrystalline systems. The results related to nanocrystalline nickel demonstrated that partials dislocation remain active regardless of grain size. However, other deformation mechanisms, such as grain rotation and grain boundary sliding, takes place below a critical grain size of circa 20 nm, leading to the inverse Hall-Petch relationship. Moreover, a distinct strain rate sensitivity behavior was found, in which it decreases with the grain size reduction. Regarding the nanocrystalline aluminum, Coble creep phenomenon was observed and no clearly indication of dislocation pile-up was evidenced.
Os metais e ligas nanocristalinas apresentam propriedades promissoras para o uso em aplicações tecnológicas. No entanto, seu comportamento mecânico incomum mostra-se um verdadeiro desafio para ser compreendido. Estudos experimentais destes materiais são afetados pela complexidade e custo para se criar amostras livres de defeitos. Assim, as simulações de dinâmica molecular surgiram como uma importante ferramenta para avaliar, a nível atômico, os fenômenos responsáveis por tal comportamento. Nesta tese, três sistemas nanocristalinos (liga Al80Ti15Ni5, níquel puro e alumínio puro) foram estudados usando dinâmica molecular. O foco foi a análise do comportamento mecânico com atenção especial à relação inversa de HallPetch e aos mecanismos de deformação relacionados. Análise do arranjo atômico da liga ternária demonstrou o deslizamento e difusão do contorno de grão como os mecanismos de deformação dominantes. Além disso, mecanismos de deformação presentes em materiais amorfos parecem ser capazes de atuar em sistema nanocristalinos. Os resultados relacionados ao níquel nanocristalino demonstraram que as discordâncias parciais se mantêm ativas independentemente do tamanho de grão. No entanto, outros mecanismos de deformação, como rotação do grão e deslizamento do contorno de grão, ocorrem abaixo de um tamanho crítico de grão de circa 20 nm, causando a relação inversa de Hall-Petch. Ademais, um comportamento distinto foi encontrado para a sensibilidade à taxa de deformação, a qual diminui com a redução do tamanho de grão. Com relação ao alumínio nanocristalino, o fenômeno de fluência de Coble foi observado e nenhuma indicação de empilhamento de discordâncias foi evidenciada.
