Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô, độ dày lớp, và hành vi giao diện đến tính dẻo của các laminate nanometallic kết dính tích lũy thông qua mô phỏng động lực học độ lệch
Tóm tắt
Nghiên cứu này nhằm hiểu hành vi dẻo trong các lớp khác nhau của các laminate nanometallic (NMLs) Fe/Al được kết dính tích lũy bằng cách sử dụng mô phỏng động lực học độ lệch. Các mô phỏng của chúng tôi bắt đầu với một cấu trúc vi mô tổng hợp thu được từ một biến dạng ban đầu tiếp theo là một quá trình thư giãn dưới áp suất bằng không, để đại diện cho nội dung khuyết tật tương tự như các NML này. Tiếp theo, chúng tôi quan sát phản ứng dẻo của chúng dưới các ứng suất một chiều theo hướng ngang (song song với pháp tuyến giao diện) và hướng dọc (vuông góc với pháp tuyến giao diện) cho các độ dày lớp khác nhau. Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy ảnh hưởng đáng kể của biến dạng ban đầu đến cấu trúc vi mô độ lệch ban đầu, đồng thời tạo ra sự không đồng nhất dẻo đáng kể giữa các lớp khác nhau trong các NMLs. Chúng tôi cũng quan sát thấy rằng ứng suất dẻo trên mỗi độ lệch ở lớp Fe cao hơn so với lớp Al, cũng như ứng suất dẻo và sự đồng biến dạng cao hơn dưới tải trọng dọc so với tải trọng ngang. Cuối cùng, khi so sánh phản ứng dẻo từ mô tả giao diện cứng và giao diện trượt, chúng tôi phát hiện rằng giao diện trượt không phải lúc nào cũng tính đến ứng suất cao hơn.
Từ khóa
#nanometallic laminates #dislocation dynamics #plastic behavior #layer thickness #microstructureTài liệu tham khảo
A. Misra, R.G. Hoagland, Plastic flow stability of metallic nanolaminate composites. J. Mater. Sci. 42(5), 1765–1771 (2007)
I.J. Beyerlein, N.A. Mara, J. Wang, J.S. Carpenter, S.J. Zheng, W.Z. Han, R.F. Zhang, K. Kang, T. Nizolek, T.M. Pollock, Structure-property-functionality of bimetal interfaces. JOM 64(10), 1192–1207 (2012)
T. Nizolek, N.A. Mara, I.J. Beyerlein, J.T. Avallone, T.M. Pollock, Enhanced plasticity via kinking in cubic metallic nanolaminates. Adv. Eng. Mater. 17(6), 781–785 (2015)
T. Nizolek, I.J. Beyerlein, N.A. Mara, J.T. Avallone, T.M. Pollock, Tensile behavior and flow stress anisotropy of accumulative roll bonded Cu–Nb nanolaminates. Appl. Phys. Lett. 108(5), 051903 (2016)
A. Misra, R.G. Hoagland, H. Kung, Thermal stability of self-supported nanolayered Cu/Nb films. Philos. Mag. 84(10), 1021–1028 (2004)
J.S. Carpenter, S.J. Zheng, R.F. Zhang, S.C. Vogel, I.J. Beyerlein, N.A. Mara, Thermal stability of Cu–Nb nanolamellar composites fabricated via accumulative roll bonding. Philos. Mag. 93(7), 718–735 (2013)
S. Zheng, I.J. Beyerlein, J.S. Carpenter, K. Kang, J. Wang, W. Han, N.A. Mara, High-strength and thermally stable bulk nanolayered composites due to twin-induced interfaces. Nat. Commun. 4(1), 1–8 (2013)
M.J. Demkowicz, R.G. Hoagland, J.P. Hirth, Interface structure and radiation damage resistance in Cu–Nb multilayer nanocomposites. Phys. Rev. Lett. 100(13), 136102 (2008)
M.J. Demkowicz, P. Bellon, B.D. Wirth, Atomic-scale design of radiation-tolerant nanocomposites. MRS Bull. 35(12), 992–998 (2010)
J. Wang, A. Misra, An overview of interface-dominated deformation mechanisms in metallic multilayers. J. Mater. Res. 24, 728–773 (2011)
J.Y. Zhang, K. Wu, L.Y. Zhang, Y.Q. Wang, G. Liu, J. Sun, Unraveling the correlation between Hall–Petch slope and peak hardness in metallic nanolaminates. Int. J. Plast. 96, 120–134 (2017)
S. Shao, A. Misra, H. Huang, J. Wang, Micro-scale modeling of interface-dominated mechanical behavior. J. Mater. Sci. 53(8), 5546–5561 (2018)
P.M. Anderson, T. Foecke, P.M. Hazzledine, Dislocation-based deformation mechanisms in metallic nanolaminates. MRS Bull. 24(2), 27–33 (1999)
A. Misra, J.P. Hirth, R.G. Hoagland, Length-scale-dependent deformation mechanisms in incoherent metallic multilayered composites. Acta Materialia 53(18), 4817–4824 (2005)
R.G. Hoagland, J.P. Hirth, A. Misra, On the role of weak interfaces in blocking slip in nanoscale layered composites. Philos. Mag. 86(23), 3537–3558 (2006)
C.S. Pande, R.A. Masumura, R.W. Armstrong, Pile-up based hall–petch relation for nanoscale materials. Nanostruct. Mater. 2(3), 323–331 (1993)
A. Misra, H. Kung, Deformation behavior of nanostructured metallic multilayers. Adv. Eng. Mater. 3(4), 217–222 (2001)
P.M. Anderson, C. Li, Hall-Petch relations for multilayered materials. Nanostruct. Mater. 5(3), 349–362 (1995)
L.H. Friedman, Scaling theory of the Hall-Petch relation for multilayers. Phys. Rev. Lett. 81(13), 2715–2718 (1998)
R.G. Hoagland, T.E. Mitchell, J.P. Hirth, H. Kung, On the strengthening effects of interfaces in multilayer fee metallic composites. Philos. Mag. A 82(4), 643–664 (2002)
Shuai, S., C. Zhou, A. Misra, and J. Wang. Mesoscale modeling of dislocation-interactions in multilayered materials. Handbook of Materials Modeling, pp 1049–1078, (2020)
H.M. Mourad, K. Garikipati, Advances in the numerical treatment of grain-boundary migration: coupling with mass transport and mechanics. Comput. Methods. Appl. Mech. Eng. 196(1–3), 595–607 (2006)
J. Wang, C. Zhou, I.J. Beyerlein, S. Shao, Modeling interface-dominated mechanical behavior of nanolayered crystalline composites. JOM 66(1), 102–113 (2014)
F. Akasheh, H.M. Zbib, J.P. Hirth, R.G. Hoagland, A. Misra, Dislocation dynamics analysis of dislocation intersections in nanoscale metallic multilayered composites. J. Appl. Phys. 101(8), 084314 (2007)
Hussein M. Zbib, Cory T. Overman, Firas Akasheh, David Bahr, Analysis of plastic deformation in nanoscale metallic multilayers with coherent and incoherent interfaces. Int. J. Plast. 27(10), 1618–1639 (2011)
C. Sobie, M.G. McPhie, L. Capolungo, M. Cherkaoui, The effect of interfaces on the mechanical behaviour of multilayered metallic laminates. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 22(4), 12 (2014)
N. Bertin, M.V. Upadhyay, C. Pradalier, L. Capolungo, A FFT-based formulation for efficient mechanical fields computation in isotropic and anisotropic periodic discrete dislocation dynamics. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 23(6), 065009 (2015)
N. Bertin, L. Capolungo, A FFT-based formulation for discrete dislocation dynamics in heterogeneous media. J. Comput. Phys. 355, 366–384 (2018)
L. Capolungo, V. Taupin, GD3: generalized discrete defect dynamics. Mater. Theory 3(1), 1–21 (2019)
N. Bertin, Connecting discrete and continuum dislocation mechanics: a non-singular spectral framework. Int. J. Plast. 122, 268–284 (2019)
N. Ghoniem, S. Tong, L. Sun, Parametric dislocation dynamics: a thermodynamics-based approach to investigations of mesoscopic plastic deformation. Phys. Rev. B 61(2), 913–927 (2000)
Z. Wang, N. Ghoniem, S. Swaminarayan, R. LeSar, A parallel algorithm for 3D dislocation dynamics. J. Comput. Phys. 219(2), 608–621 (2006)
A.A. Kohnert, L. Capolungo, Spectral discrete dislocation dynamics with anisotropic short range interactions. Comput. Mater. Sci. 189, 110243 (2021)
H. Moulinec, P. Suquet, A numerical method for computing the overall response of nonlinear composites with complex microstructure. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 157(1–2), 69–94 (1998)
F. Roters, P. Eisenlohr, L. Hantcherli, D.D. Tjahjanto, T.R. Bieler, D. Raabe, Overview of constitutive laws, kinematics, homogenization and multiscale methods in crystal plasticity finite-element modeling: theory, experiments, applications. Acta Materialia 58(4), 1152–1211 (2010)
R.A. Lebensohn, A.K. Kanjarla, P. Eisenlohr, An elasto-viscoplastic formulation based on fast Fourier transforms for the prediction of micromechanical fields in polycrystalline materials. Int. J. Plast. 32–33, 59–69 (2012)
J.P. Hirth, D.M. Barnett, J. Lothe, Stress fields of dislocation arrays at interfaces in bicrystals. Philos. Mag. A 40(1), 39–47 (1979)
G. Liu, X. Cheng, J. Wang, K. Chen, Y. Shen, Improvement of nonlocal Peierls–Nabarro models. Comput. Mater. Sci. 131, 69–77 (2017)