Эффект размера отпечатка (ISE) - это наблюдение, что твердость имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения размера отпечатка на малых масштабах. [1] [2] Когда вмятина (любая небольшая отметка, обычно сделанная специальным инструментом) создается во время испытания материала, твердость материала непостоянна. В мелком масштабе материалы на самом деле будут тяжелее, чем в макро-масштабе. Для обычного эффекта размера отпечатка, чем меньше отпечаток, тем больше разница в твердости. Эффект был замечен с помощью измерений наноиндентирования и микроиндентирования на разной глубине. Дислокации увеличивают твердость материала за счет увеличения напряжения течениячерез механизмы блокировки дислокации. [3] [ требуется пояснение ] Материалы содержат статистически сохраненные дислокации (SSD), которые создаются однородной деформацией и зависят от материала и условий обработки. [4] С другой стороны, геометрически необходимые дислокации (GND) образуются в дополнение к дислокациям, имеющимся статистически, для поддержания непрерывности в материале.
Эти дополнительные геометрически необходимые дислокации (GND) дополнительно увеличивают напряжение течения в материале и, следовательно, измеряемую твердость. Теория предполагает, что на пластический поток влияют как деформация, так и величина градиента деформации, испытываемая в материале. [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.
Для практических целей этот эффект означает, что твердость в низком микро- и нанорежимах нельзя напрямую сравнивать, 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 размерного эффекта вдавливания [4], которые могут быть применены к ситуациям с высоким градиентом деформации, таким как тонкие пленки. [7]
Рекомендации
- ^ Фарр, 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 . DOI : 10,1146 / annurev-matsci-070909-104456 . ISSN 1531-7331 .
- ^ Sargent, PM (1985), "Использование Отступы Размер Влияние на микротвердость для определения характеристик материалов", микроиндентирования техники в области материаловедения и инженерии , ASTM International, С. 160-160-15,. DOI : 10.1520 / stp32956s , ISBN 978-0-8031-0441-9
- ^ Аскеланд, Дональд Р. (2016). Материаловедение и инженерия материалов . Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс: обучение Cengage. С. 111–118. ISBN 9781305076761. OCLC 903959750 .
- ^ а б Никс, Уильям Д .; 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. DOI : 10.1016 / s0022-5096 (97) 00086-0 . ISSN 0022-5096 .
- ^ Фишер-Криппс, Энтони С. (2000). Введение в контактную механику . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 0387989145. OCLC 41991465 .
- ^ Ву, Теодор; Хатчинсон, Джон; Флек, Н. (1997). «Деформационно-градиентная пластичность». Успехи прикладной механики . 33 . Elsevier Science. п. 296. ISBN. 9780080564111.
- ^ Вояджис, Джордж; Ягуби, Мохаммадреза (2017-10-23). «Обзор размерного эффекта наноиндентирования: эксперименты и атомное моделирование» . Кристаллы . 7 (10): 321. DOI : 10,3390 / cryst7100321 . ISSN 2073-4352 .