Biến dạng bề mặt của đồng tinh thể đơn trên các đường mài nano khác nhau

Journal of Materials Science - Tập 56 - Trang 10640-10652 - 2021
Jinxuan Zhu1, Qinghua Zhou1, Yanyan Huang2, Bo Zhou1, Jiaxu Wang1
1School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan University, Chengdu, China
2School of Mechanical Engineering, Chengdu University, Chengdu, China

Tóm tắt

Hành vi biến dạng dị hướng của vật liệu tinh thể đơn dưới tác động của mài có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác gia công trong gia công cơ học nano. Trong nghiên cứu này, một mô hình phần tử hữu hạn tinh thể dẻo mô phỏng quá trình mài được phát triển, và mô hình đã được thiết lập được xác nhận bằng cách so sánh với kết quả thí nghiệm. Đồng được định hướng theo các hướng (001), (101) và (111) được chọn để điều tra hành vi biến dạng, bao gồm độ sâu mài, địa hình bề mặt và biến dạng bên dưới bề mặt bị ảnh hưởng bởi đường mài. Hơn nữa, các cơ chế biến dạng của đồng được định hướng theo các hướng (001), (101) và (111) được phân tích là do biến dạng của các hệ thống trượt gây ra.

Từ khóa

#biến dạng dị hướng #đồng tinh thể đơn #mô hình phần tử hữu hạn #mài nano #cơ chế biến dạng

Tài liệu tham khảo

Daiguji H, Yang PD, Szeri AJ, Majumdar A (2004) Electrochemomechanical energy conversion in nanofluidic channels. Nano Lett 4:2315. https://doi.org/10.1021/nl0489945 Malekian M, Park SS, Strathearn D, Mostofa MG, Jun MBG (2010) Atomic force microscope probe-based nanometric scribing. J Micromech Microeng. https://doi.org/10.1088/0960-1317/20/11/115016 Kassavetis S, Mitsakakis K, Logothetidis S (2007) Nanoscale patterning and deformation of soft matter by scanning probe microscopy. Mater Sci Eng C 27:1456. https://doi.org/10.1016/j.msec.2006.08.004 Kawasegi N, Takano N, Oka D et al (2006) Nanomachining of silicon surface using atomic force microscope with diamond tip. J Manuf Sci Eng-Trans ASME 128:723–729 Zambaldi C, Raabe D (2010) Plastic anisotropy of gamma-TiAl revealed by axisymmetric indentation. Acta Mater 58:3516. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.02.025 Wang Y, Raabe D, Kluber C, Roters F (2004) Orientation dependence of nanoindentation pile-up patterns and of nanoindentation microtextures in copper single crystals. Acta Mater 52:2229. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.01.016 Liu M, Lu C, Tieu KA, Peng CT, Kong C (2015) A combined experimental-numerical approach for determining mechanical properties of aluminum subjects to nanoindentation. Sci Rep. https://doi.org/10.1038/srep15072 Zhu J, Xiong C, Ma L et al (2020) Coupled effect of scratching direction and speed on nano-scratching behavior of single crystalline copper. Tribol Int. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106385 Chavoshi SZ, Xu S (2018) A review on micro- and nanoscratching/tribology at high temperatures: instrumentation and experimentation. J Mater Eng Perform 27:3844. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3493-5 Brinckmann S, Dehm G (2015) Nanotribology in austenite: plastic plowing and crack formation. Wear 338:436. https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.05.001 Xu N, Han W, Wang Y, Li J, Shan Z (2017) Nanoscratching of copper surface by CeO2. Acta Mater 124:343. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.11.008 Hodge AM, Nieh TG (2004) Evaluating abrasive wear of amorphous alloys using nanoscratch technique. Intermetallics 12:741. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2004.02.014 Vencl A, Manic N, Popovic V, Mrdak M (2010) Possibility of the abrasive wear resistance determination with scratch tester. Tribol Lett 37:591. https://doi.org/10.1007/s11249-009-9556-x Charitidis CA (2010) Nanomechanical and nanotribological properties of carbon-based thin films: a review. Int J Refract Met Hard Mater 28:51. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2009.08.003 Ha S, Jang J-H, Kim K (2017) Finite element implementation of dislocation-density-based crystal plasticity model and its application to pure aluminum crystalline materials. Int J Mech Sci 120:249. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.11.011 Choi SH, Kim EY, Woo W, Han SH, Kwak JH (2013) The effect of crystallographic orientation on the micromechanical deformation and failure behaviors of DP980 steel during uniaxial tension. Int J Plast 45:85. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2012.11.013 Choi SH, Kim DW, Seong BS, Rollett AD (2011) 3-D simulation of spatial stress distribution in an AZ31 Mg alloy sheet under in-plane compression. Int J Plast 27:1702. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2011.05.014 Wei P, Lu C, Tieu K, Su L, Deng G, Huang W (2017) A study on the texture evolution mechanism of nickel single crystal deformed by high pressure torsion. Mater Sci Eng A 684:239. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.11.098 Wang Z, Zhang J, Xu Z et al (2019) Crystal plasticity finite element modeling and simulation of diamond cutting of polycrystalline copper. J Manuf Process 38:187. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.01.007 Wang Z, Zhang H, Li Z et al (2019) Crystal plasticity finite element simulation and experiment investigation of nanoscratching of single crystalline copper. Wear 430:100. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.04.024 Becker R, Butler JF, Hu H, Lalli LA (1991) Analysis of an aluminum single-crystal with unstable initial orientation (001) 110 in channel die compression. Metall Trans A 22:45. https://doi.org/10.1007/bf03350948 Zhao Z, Ramesh M, Raabe D, Cuitino AM, Radovitzky R (2008) Investigation of three-dimensional aspects of grain-scale plastic surface deformation of an aluminum oligocrystal. Int J Plast 24:2278. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2008.01.002 Zhao Z, Kuchnicki S, Radovitzky R, Cultino A (2007) Influence of in-grain mesh resolution on the prediction of deformation textures in fcc polycrystals by crystal plasticity FEM. Acta Mater 55:2361. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.11.035 Eisenlohr P, Roters F (2008) Selecting a set of discrete orientations for accurate texture reconstruction. Comput Mater Sci 42:670. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2007.09.015 Raabe D, Roters F (2004) Using texture components in crystal plasticity finite element simulations. Int J Plast 20:339. https://doi.org/10.1016/s0749-6419(03)00092-5 Roters F, Eisenlohr P, Hantcherli L, Tjahjanto DD, Bieler TR, Raabe D (2010) Overview of constitutive laws, kinematics, homogenization and multiscale methods in crystal plasticity finite-element modeling: theory, experiments, applications. Acta Mater 58:1152. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.10.058 Roters F, Diehl M, Shanthraj P et al (2019) DAMASK–The dusseldorf advanced material simulation kit for modeling multi-physics crystal plasticity, thermal, and damage phenomena from the single crystal up to the component scale. Comput Mater Sci 158:420. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.04.030 Wang ZF, Zhang JJ, ul Hassan H et al (2018) Coupled effect of crystallographic orientation and indenter geometry on nanoindentation of single crystalline copper. Int J Mech Sci 148:531–539. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.09.007