Эффект размера отступа - Indentation size effect - Wikipedia

Более высокие значения твердости измеряются при меньшей глубине вдавливания, что соответствует меньшим площадям вдавливания. Считается, что увеличение измеренной твердости является результатом геометрически необходимых дислокаций. - это твердость, обусловленная исключительно статистически сохраненными дислокациями без воздействия геометрически необходимых дислокаций.

В эффект размера отступа (ISE) - это наблюдение, что твердость имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения размера отступа при малых масштабах.[1][2] Когда во время испытания материала создается отпечаток (любая небольшая отметка, обычно сделанная специальным инструментом), твердость материала не является постоянной. В мелком масштабе материалы на самом деле будут сложнее, чем в макро-масштабе. Для обычного эффекта размера отпечатка, чем меньше отпечаток, тем больше разница в твердости. Эффект виден насквозь наноиндентирование и измерения микроиндентирования на разной глубине. Вывихи повысить твердость материала за счет увеличения напряжение течения через механизмы блокировки дислокации.[3][требуется разъяснение ] Материалы содержат статистически сохраненные дислокации (SSD), которые создаются однородной деформацией и зависят от материала и условий обработки.[4] Геометрически необходимые дислокации (GND), с другой стороны, формируются в дополнение к статистически присутствующим дислокациям, чтобы поддерживать непрерывность внутри материала.

Эти дополнительные геометрически необходимые дислокации (GND) дополнительно увеличивают напряжение течения в материале и, следовательно, измеряемую твердость. Теория предполагает, что на пластический поток влияют оба напряжение и величина градиента деформации материала.[5][6] Меньшие вмятины имеют более высокий градиент деформации по сравнению с размером пластической зоны и, следовательно, имеют более высокую измеренную твердость в некоторых материалах.

Кончик индентора, генерирующий геометрически необходимые дислокации

Для практических целей этот эффект означает, что твердость в низком микро- и нанорежимах нельзя сравнивать напрямую, если измерять с использованием различных нагрузок. Однако преимущество этого эффекта заключается в том, что его можно использовать для измерения влияния градиентов деформации на пластичность. Несколько новых моделей пластичности были разработаны с использованием данных исследований эффекта размера вдавливания.[4] который может применяться к ситуациям с высоким градиентом деформации, таким как тонкие пленки.[7]

Рекомендации

  1. ^ Pharr, Джордж М .; Герберт, Эрик Г .; Гао, Яньфэй (июнь 2010 г.). "Эффект размера вдавливания: критическое рассмотрение экспериментальных наблюдений и механистических интерпретаций". Ежегодный обзор исследований материалов. 40 (1): 271–292. Bibcode:2010AnRMS..40..271P. Дои:10.1146 / annurev-matsci-070909-104456. ISSN  1531-7331.
  2. ^ Сарджент П.М. (1985), «Использование влияния размера отпечатка на микротвердость для определения характеристик материалов», Методы микроиндентирования в материаловедении и инженерии, ASTM International, стр. 160–160–15, Дои:10.1520 / stp32956s, ISBN  978-0-8031-0441-9
  3. ^ Аскеланд, Дональд Р. (2016). Наука и инженерия материалов. Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс: обучение Cengage. С. 111–118. ISBN  9781305076761. OCLC  903959750.
  4. ^ а б Nix, William D .; Гао, Хуацзянь (октябрь 1997 г.). «Эффекты размера вдавливания в кристаллических материалах: закон пластичности градиента деформации». Журнал механики и физики твердого тела. 46 (3): 411–425. Дои:10.1016 / s0022-5096 (97) 00086-0. ISSN  0022-5096.
  5. ^ Фишер-Криппс, Энтони К. (2000). Введение в контактную механику. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  0387989145. OCLC  41991465.
  6. ^ Ву, Теодор; Хатчинсон, Джон; Флек, Н. (1997). «Деформационно-градиентная пластичность». Успехи прикладной механики. 33. Elsevier Science. п. 296. ISBN  9780080564111.
  7. ^ Вояджис, Джордж; Ягуби, Мохаммадреза (2017-10-23). «Обзор размерного эффекта наноиндентирования: эксперименты и атомное моделирование». Кристаллы. 7 (10): 321. Дои:10,3390 / крист7100321. ISSN  2073-4352.