Normal and reverse indentation size effects in annealed and highly deformed metals
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0042181Ключові слова:
normal and reverse indentation size effects, geometrically necessary dislocations, the Nix and Gao model, the Feng and Nix model, highly deformed metalsАнотація
Досліджено нормальний та зворотний розмірні ефекти при індентуванні у відпалених та сильно деформованих зразках Al, сплаву Al–Li, Cu та титану ВT1-0. Нормальний розмірний ефект виявлено у всіх досліджених металах на великих глибинах вдавлювання. Цю поведінку лише частково можна описати за допомогою моделі Нікса та Гао для інтерпретації залежної від глибини твердості. Поправка Фенга та Нікса до моделі Нікса та Гао для малих глибин вдавлювання добре працює для відпалених крупнозернистих металів. Для пояснення спостережуваної залежності твердості від глибини вдавлювання необхідно враховувати структурний стан поверхневого шару. Шліфування та механічне полірування відпалених ГЦК металів, таких як алюміній, створює шар, зміцнений деформацією, який має вищу твердість порівняно з електрополірованим зразком при малих навантаженнях, отже більш виражений розмірний ефект. Механічна обробка поверхонь привела до зміцнення тонкого шару у відпалених ГЦК металах та розм’якшення у природно твердих, ультраміцних, нанокристалічних та гартованих металах, що змінює механічну реакцію металу на розтяг та контактну деформацію. У металах, що зазнали сильної пластичної деформації, ми вперше спостерігали явище зворотного розмірного ефекту, де мікротвердість зменшується зі зменшенням прикладеного навантаження.
Посилання
1. B. W. Mott, Micro-indentation Hardness Testing (Butterworths, London, 1956).
2. Yu. S. Boyarskaya, D. Z Grabko, and M. S. Kats, Fizika Protsesov Mikrovdavlivaniya (Shtiintsa, Kishinew, 1986).
3. M. F. Ashby, Phil. Mag. 21, 399 (1970). https://doi.org/10.1080/14786437008238426
4. N. A. Stelmashenko, M. G. Walls, L. M. Brown, and Yu. V. Milman, Acta Metall. Mater. 41, 2855 (1993).
https://doi.org/10.1016/0956-7151(93)90100-7
5. M. S. De Gusman, G. Neubauer, P. Flinn, and W. D. Nix, Mater. Res. Symp. Proc. 308, 603 (1993).https://doi.org/10.1557/PROC-308-613
6. W. Nix and H. Gao, J. Mech. Phys. Solids 46, 411 (1998). https://doi.org/10.1016/S0022-5096(97)00086-0
7. Yu. V. Milman, B. A. Galanov, and S. I. Chugunova, Acta Metall. Mater. 41, 2523 (1993). https://doi.org/10.1016/0956-7151(93)90122-9
8. A. A. Elmustafa, A. A. Ananda, and W. M. Elmahboub, J. Eng. Mater. Technol. 126, 353 (2004). https://doi.org/10.1115/1.1789962
9. J. G. Swadener, E. P. George, and G. M. Pharr, J. Mech. Phys. Solids 50, 681 (2002). https://doi.org/10.1016/S0022-5096(01)00103-X
10. G. Feng and W. D. Nix, Scripta Mater. 51, 599 (2004). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.05.034
11. K. Durst, B. Backes, and M. Gökem, Scripta Mater. 52, 1093 (2005). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.02.009
12. K. Durst, B. Backes, O. Franke, and M. Gökem, Acta Mater. 54, 2547 (2006). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.01.036
13. M. A. Mattucci, I. Cherubin, T. Skippon, and M. R. Daymond, Acta Mater. 207, 116702 (2021). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116702
14. Y. Huang, F. Zhang, K. C. Hwang, W. D. Nix, G. M. Pharr, and G. Feng, J. Mech, Phys. Solids 54, 1668 (2006). https://doi.org/10.1016/j.jmps.2006.02.002
15. P. Grodzinski, Industr. Diam. Rev. 12, 209 (1952).
16. D. E. Stegal, Md. A. Mamun, B. Crawford, and A. Elmustafa, J. Mater. Res. 27, 1543 (2012). https://doi.org/10.1557/jmr.2012.91
17. G. M. Pharr, J. H. Strader, and W. C. Oliver, J. Mater. Res. 24, 653 (2009). https://doi.org/10.1557/jmr.2009.0096
18. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res. 19, 3 (2004). https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.1.3
19. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res. 7, 1564 (1992). https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
20. Y. Y. Lim and M. M. Chaudhri, Philos. Mag. A 79, 2979 (1999). https://doi.org/10.1080/01418619908212037
21. N. K. Mukhopadyay and P. Paufler, Int. Mater. Rev. 51, 209 (2006). https://doi.org/10.1179/174328006X102475
22. K. Sangwal, Mater. Chem. Phys. 63, 145 (2000).
23. J. G. Swadener, A. Misra, R. G. Hougland, and M. Nastasi, Scripta Mater. 47, 343 (2002). https://doi.org/10.1016/S1359-6462(02)00156-2
24. X. Qui, Y. Huang, W. D. Nix, K. C. Hwang, and H. Gao, Acta Mater. 49, 3949 (2001).https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00299-3
25. T. Y. Zhang, W. H. Xu, and M. H. Zhao, Acta Mater. 52, 57 (2004). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.08.026
26. S. Suresh, Science 292, 2447 (2001). https://doi.org/10.1126/science.1059716
27. A. E. Giannakopoulos, Int. J. Solids Struct. 39, 2495 (2002). https://doi.org/10.1016/S0020-7683(02)00110-5
28. G. P. Cao and J. Lu, J. Mater. Res. 19, 1703 (2004). https://doi.org/10.1557/JMR.2004.0239
29. M. A. Klecka, G. Subhash, and N. K. Arakere, J. Tribol. 133, 031403 (2011). https://doi.org/10.1115/1.4003859
30. V. N. Kovaleva and V. A. Moskalenko, Cryogenics 29, 1002 (1989). https://doi.org/10.1016/0011-2275(89)90249-X
31. Y. Liu and A. H. W. Ngan, Scripta Mater. 44, 237 (2001). https://doi.org/10.1016/S1359-6462(00)00598-4
32. Y. Estrin, N. V. Isaev, S. V. Lubenets, S. V. Malychin, A. T. Pugachov, V. V. Pustovalov, E. N. Reshetnyak, V. S. Fomenko, L. S. Fomenko, S. E. Shumilin, M. Janechek, and R. J. Helming, Acta Mater. 54, 5581 (2006). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.07.036
33. Yu. Z. Estrin, L. S. Fomenko, S. V. Lubenets, S. E. Shumilin, and V. V. Pustovalov, Low Temp. Phys. 34, 771 (2008) [Fiz. Nizk. Temp. 34, 842 (2008)]. https://doi.org/10.1063/1.2973719
34. I. N. Fridlyander, K. V. Chuistov, A. I. Berezina, and N. I. Kolobnev, Aluminium-Litium Alloys, Structure and Properties (Naukova Dumka, Kyiv, 1992).
35. N. V. Isaev, P. A. Zabrodin, V. Z. Spuskanyuk, A. A. Davydenko, V. V. Pustovalov, V. S. Fomenko, and I. S. Braude, Low Temp. Phys. 38, 80 (2012) [Fiz. Nizk. Temp. 38, 102 (2012)]. https://doi.org/10.1063/1.3678178
36. A. V. Rusakova, S. V. Lubenets, L. S. Fomenko, and P. A. Zabrodin, Low Temp. Phys. 40, 255 (2014) [Fiz. Nizk. Temp. 40, 330 (2014)]. https://doi.org/10.1063/1.4869570
37. S. V. Lubenets, L. S. Fomenko, and H. V. Rusakova, Low Temp. Phys. 48, 641 (2022) [Fiz. Nizk. Temp. 48, 641 (2022)]. https://doi.org/10.1063/10.0011606
38. A. V. Rusakova, S. V. Lubenets, L. S. Fomenko, V. A. Moskalenko, and A. R. Smirnov, Low Temp. Phys. 41, 649 (2015) [Fiz. Nizk. Temp. 41, 835 (2015)]. https://doi.org/10.1063/1.4929593
