Despite a number of large-scale molecular dynamics simulations of shock compressed iron, the morphological properties of simulated recovered samples are still unexplored. Key questions remain open in this area, including the role of dislocation motion and deformation twinning in shear stress release. In this study, we present simulations of homogeneous uniaxial compression and recovery of large polycrystalline iron samples. Our results reveal significant recovery of the body-centered cubic grains with some deformation twinning driven by shear stress, in agreement with experimental results by Wang et al. [Sci. Rep. 3, 1086 (2013)]. The twin fraction agrees reasonably well with a semi-analytical model which assumes a critical shear stress for twinning. On reloading, twins disappear and the material reaches a very low strength value.

1.
J. L.
Shao
,
S. Q.
Duan
,
A. M.
He
,
C. S.
Qin
, and
P.
Wang
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
245703
(
2009
).
2.
V. V.
Stegailov
and
A. V.
Yanilkin
,
Sov. Phys. - JETP
104
,
928
(
2007
).
3.
J. B.
Jeon
,
B.-J.
Lee
, and
Y. W.
Chang
,
Scr. Mater.
64
,
494
(
2011
).
4.
J. C.
Boettger
and
D. C.
Wallace
,
Phys. Rev. B
55
,
2840
(
1997
).
5.
B. J.
Jensen
,
G. T.
Gray
 III
, and
R. S.
Hixson
,
J. Appl. Phys.
105
,
103502
(
2009
).
6.
R. F.
Smith
,
J. H.
Eggert
,
R. E.
Rudd
,
D. C.
Swift
,
C. A.
Bolme
, and
G. W.
Collins
,
J. Appl. Phys.
110
,
123515
(
2011
).
7.
W.
Pepperhoff
and
M.
Acet
,
Constitution and Magnetism of Iron and its Alloys
(
Springer
,
Berlin
,
2001
).
8.
R. F.
Smith
,
C. A.
Bolme
,
D. J.
Erskine
,
P. M.
Celliers
,
S.
Ali
,
J. H.
Eggert
,
S. L.
Brygoo
,
B. D.
Hammel
,
J.
Wang
, and
G. W.
Collins
,
J. Appl. Phys.
114
,
133504
(
2013
).
9.
J. C.
Crowhurst
,
B. W.
Reed
,
M. R.
Armstrong
,
H. B.
Radousky
,
J. A.
Carter
,
D. C.
Swift
,
J. M.
Zaug
,
R. W.
Minich
,
N. E.
Teslich
, and
M.
Kumar
,
J. Appl. Phys.
115
,
113506
(
2014
).
10.
N.
Gunkelmann
,
E. M.
Bringa
,
K.
Kang
,
G. J.
Ackland
,
C. J.
Ruestes
, and
H. M.
Urbassek
,
Phys. Rev. B
86
,
144111
(
2012
).
11.
K.
Wang
,
S.
Xiao
,
M.
Liu
,
H.
Deng
,
W.
Zhu
, and
W.
Hu
,
Proc. Eng.
61
,
122
(
2013
).
12.
N.
Gunkelmann
,
E. M.
Bringa
,
D. R.
Tramontina
,
C. J.
Ruestes
,
M. J.
Suggit
,
A.
Higginbotham
,
J. S.
Wark
, and
H. M.
Urbassek
,
Phys. Rev. B
89
,
140102
(
2014
).
13.
K.
Wang
,
S.
Xiao
,
H.
Deng
,
W.
Zhu
, and
W.
Hu
,
Int. J. Plast.
59
,
180
(
2014
).
14.
J. A.
Hawreliak
,
D. H.
Kalantar
,
J. S.
Stölken
,
B. A.
Remington
,
H. E.
Lorenzana
, and
J. S.
Wark
,
Phys. Rev. B
78
,
220101
(
2008
).
15.
B.
El-Dasher
,
W.
MoberlyChan
,
J.
McNaney
,
J.
Hawreliak
, and
H.
Lorenzana
, in
American Physical Society Meeting Abstracts L23.00003, Bulletin of the American Physical Society
,
2007
, Vol.
52
.
16.
K.
Kadau
,
T. C.
Germann
,
P. S.
Lomdahl
, and
B. L.
Holian
,
Phys. Rev. B
72
,
064120
(
2005
).
17.
W.
MoberlyChan
,
B. S.
El-Dasher
, and
G. H.
Campbell
,
Microsc. Microanal.
15
,
364
(
2009
).
18.
W.
MoberlyChan
, private communication (
2014
).
19.
S. J.
Wang
,
M. L.
Sui
,
Y. T.
Chen
,
Q. H.
Lu
,
E.
Ma
,
X. Y.
Pei
,
Q. Z.
Li
, and
H. B.
Hu
,
Sci. Rep.
3
,
1086
(
2013
).
20.
J. N.
Johnson
and
R. W.
Rohde
,
J. Appl. Phys.
42
,
4171
(
1971
).
21.
S.
Plimpton
,
J. Comput. Phys.
117
,
1
(
1995
).
22.
M. I.
Mendelev
,
S.
Han
,
D. J.
Srolovitz
,
G. J.
Ackland
,
D. Y.
Sun
, and
M.
Asta
,
Philos. Mag.
83
,
3977
(
2003
).
23.
G. J.
Ackland
,
M. I.
Mendelev
,
D. J.
Srolovitz
,
S.
Han
, and
A. V.
Barashev
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
,
S2629
(
2004
).
24.
A.
Frøseth
,
H.
Van Swygenhoven
, and
P.
Derlet
,
Acta Mater.
53
,
4847
(
2005
).
25.
D.
Faken
and
H.
Jonsson
,
Comput. Mater. Sci.
2
,
279
(
1994
).
26.
H.
Tsuzuki
,
P. S.
Branicio
, and
J. P.
Rinoi
,
Comput. Phys. Commun.
177
,
518
(
2007
).
27.
A.
Stukowski
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
20
,
045021
(
2012
).
28.
A.
Stukowski
and
K.
Albe
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
18
,
085001
(
2010
).
29.
M. A.
Meyers
,
A.
Mishra
, and
D. J.
Benson
,
Prog. Mater. Sci.
51
,
427
(
2006
).
30.
A.
Latapie
and
D.
Farkas
,
Phys. Rev. B
69
,
134110
(
2004
).
31.
D.
Farkas
and
B.
Hyde
,
Nano Lett.
5
,
2403
(
2005
).
32.
33.
Y.
Tang
,
E. M.
Bringa
, and
M. A.
Meyers
,
Mater. Sci. Eng., A
580
,
414
(
2013
).
34.
E. M.
Bringa
,
A.
Caro
,
Y.
Wang
,
M.
Victoria
,
J. M.
McNaney
,
B. A.
Remington
,
R. F.
Smith
,
B. R.
Torralva
, and
H.
Van Swygenhoven
,
Science
309
,
1838
(
2005
).
35.
Z.
Budrovic
,
H.
Van Swygenhoven
,
P. M.
Derlet
,
S.
Van Petegem
, and
B.
Schmitt
,
Science
304
,
273
(
2004
).
36.
R. J.
Harrison
,
A. F.
Voter
, and
S.-P.
Chen
, in
Atomistic Simulation of Materials: Beyond Pair Potentials
, edited by
V.
Vitek
and
D. J.
Srolovitz
(
Plenum Press
,
New York
,
1989
), p.
219
.
37.
J. W.
Christian
and
S.
Mahajan
,
Prog. Mater. Sci.
39
,
1
(
1995
).
38.
L. E.
Murr
,
M. A.
Meyers
,
C.-S.
Niou
,
Y. J.
Chen
,
S.
Pappu
, and
C.
Kennedy
,
Acta Mater.
45
,
157
(
1997
).
39.
M. A.
Meyers
,
H.
Jarmakani
,
E.
Bringa
, and
B. A.
Remington
, in
Dislocations in Solids
, edited by
J. P.
Hirth
and
L.
Kubin
(
Elsevier
,
2009
), Vol.
13
, Chap. 89, pp.
91
197
.
40.
C. H.
Lu
,
B. A.
Remington
,
B. R.
Maddox
,
B.
Kad
,
H. S.
Park
,
S. T.
Prisbrey
, and
M. A.
Meyers
,
Acta Mater.
60
,
6601
(
2012
).
41.
J. N.
Florando
,
N. R.
Barton
,
B. S.
El-Dasher
,
J. M.
McNaney
, and
M.
Kumar
,
J. Appl. Phys.
113
,
083522
(
2013
).
42.
L.
Lu
,
X.
Chen
,
X.
Huang
, and
K.
Lu
,
Science
323
,
607
(
2009
).
43.
K.
Lu
,
L.
Lu
, and
S.
Suresh
,
Science
324
,
349
(
2009
).
44.
Y. T.
Zhu
,
X. Z.
Liao
, and
X. L.
Wu
,
Prog. Mater. Sci.
57
,
1
(
2012
).
45.
C. J.
Ruestes
,
A.
Stukowski
,
Y.
Tang
,
D. R.
Tramontina
,
P.
Erhart
,
B. A.
Remington
,
H. M.
Urbassek
,
M. A.
Meyers
, and
E. M.
Bringa
,
Mater. Sci. Eng., A
613
,
390
(
2014
).
46.
A.
Cao
,
J. Appl. Phys.
108
,
113531
(
2010
).
47.
Q.
Yu
,
L.
Qi
,
K.
Chen
,
R. K.
Mishra
,
J.
Li
, and
A. M.
Minor
,
Nano Lett.
12
,
887
(
2012
).
48.
R.
Zhang
,
J.
Wang
,
I.
Beyerlein
, and
T.
Germann
,
Philos. Mag. Lett.
91
,
731
(
2011
).
49.
A.
Higginbotham
,
M. J.
Suggit
,
E. M.
Bringa
,
P.
Erhart
,
J. A.
Hawreliak
,
G.
Mogni
,
N.
Park
,
B. A.
Remington
, and
J. S.
Wark
,
Phys. Rev. B
88
,
104105
(
2013
).
50.
Y.
Tang
,
E. M.
Bringa
, and
M. A.
Meyers
,
Acta Mater.
60
,
4856
(
2012
).
51.
C. J.
Shute
,
B. D.
Myers
,
S.
Xie
,
S.-Y.
Li
,
T. W.
Barbee
, Jr.
,
A. M.
Hodge
, and
J. R.
Weertman
,
Acta Mater.
59
,
4569
(
2011
).
52.
Y.
Zhang
,
P. C.
Millett
,
M.
Tonks
, and
B.
Biner
,
Scr. Mater.
66
,
117
(
2012
).
53.
D.
Tramontina
,
P.
Erhart
,
T.
Germann
,
J.
Hawreliak
,
A.
Higginbotham
,
N.
Park
,
R.
Ravelo
,
A.
Stukowski
,
M.
Suggit
,
Y.
Tang
 et al.,
High Energy Density Phys.
10
,
9
(
2014
).
54.
R. L.
Burden
and
J. D.
Faires
,
Numerical Analysis
(
Thompson
,
2005
).
55.
T.
de Rességuier
and
M.
Hallouin
,
J. Appl. Phys.
84
,
1932
(
1998
).
56.
D.
Tramontina
,
C.
Ruestes
,
Y.
Tang
, and
E.
Bringa
,
Comput. Mater. Sci.
90
,
82
(
2014
).
57.
M. A.
Meyers
,
O.
Vöhringer
, and
V. A.
Lubarda
,
Acta Mater.
49
,
4025
(
2001
).
58.
R. W.
Armstrong
,
W.
Arnold
, and
F. J.
Zerilli
,
J. Appl. Phys.
105
,
023511
(
2009
).
59.
S. D.
Antolovich
and
R. W.
Armstrong
,
Prog. Mater. Sci.
59
,
1
(
2014
).
60.
L. A.
Sandoval
,
M. P.
Surh
,
A. A.
Chernov
, and
D. F.
Richards
,
J. Appl. Phys.
114
,
113511
(
2013
).
61.
X. Y.
Lou
,
M.
Li
,
R. K.
Boger
,
S. R.
Agnew
, and
R. H.
Wagoner
,
Int. J. Plast.
23
,
44
(
2007
).
62.
G. J.
Ackland
,
D. J.
Bacon
,
A. F.
Calder
, and
T.
Harry
,
Philos. Mag.
75
,
713
(
1997
).
You do not currently have access to this content.