Understanding imprint formation, plastic instabilities and hardness evolutions in FCC, BCC and HCP metal surfaces
| dc.contributor.author | Varillas Delgado, Javier | |
| dc.contributor.author | Očenášek, Jan | |
| dc.contributor.author | Torner, Jordi | |
| dc.contributor.author | Alcalá, Jorge | |
| dc.date.accessioned | 2021-10-11T10:00:13Z | |
| dc.date.available | 2021-10-11T10:00:13Z | |
| dc.date.issued | 2021 | |
| dc.description.abstract | Nanoindentační experimenty kovových povrchů jsou charakteristické nástupem plastických nestabilit spolu se vznikem trvalých vtisků a rozvojem hustých sítí dislokačních poruch. Tento výzkum se zaměřuje na masivní molekulárně dynamické simulace nanoindentačních experimentů v FCC, BCC a HCP kovech s použitím tupých (kulových) hrotů realistické velikosti a podrobného porovnání výsledků simulací s experimentálními měřeními. Naše zjištění vysvětlují, které defekty v krystalické mřížce určují odolnost při kontaktu proti plastické deformaci a popisují proces přechodu ze stavu s náhlými plastickými nestabilitami směrem k soběpodobnému ustálenému stavu charakterizovanému konstantní tvrdostí a konstantní hustotou dislokací. Vznik trvalých vtisků je řízen vrstevnou poruchou, propojením nanodvojčatých poruch, nárůstem nanostrukturovaných oblastí a krystalitů v celém vtisku, dále příčným skluzem, příčným přeskokem povrchových šroubových dislokací a remobilizací defektů v plastické zóně. V důsledku těchto mechanismů je poměr mezi tvrdostí a Youngovým modulem vyšší u BCC Ta a Fe, následuje FCC Al, HCP Mg a FCC Ni a Cu s velkou šířkou vrstevné poruchy. Naše výsledky mají obecný význam pro pochopení vlivu velikosti vtisku, kde jsou extrémní hodnoty tvrdosti v nanorozměrech spojeny s výskytem velmi specifických procesů tvorby vtisku při velkých gradientech deformace. | cs |
| dc.description.abstract-translated | Nanoindentation experiments in metal surfaces are characterized by the onset of plastic instabilities along with the development of permanent nanoimprints and dense defect networks. This investigation concerns massive molecular dynamics simulations of nanoindentation experiments in FCC, BCC and HCP metals using blunted (spherical) tips of realistic size, and the detailed comparison of the results with experimental measurements. Our findings shed light on the defect processes which dictate the contact resistance to plastic deformation, the development of a transitional stage with abrupt plastic instabilities, and the evolution towards a self-similar steady-state characterized by the plateauing hardness p_p at constant dislocation density \rho_p. The onset of permanent nanoimprints is governed by stacking fault and nanotwin interlocking, the buildup of nanostructured regions and crystallites throughout the imprint, the cross-slip and cross-kinking of surfaced screw dislocations, and the occurrence of defect remobilization events within the plastic zone. As a result of these mechanisms, the ratio between the hardness p_p and the Young's modulus E becomes higher in BCC Ta and Fe, followed by FCC Al, HCP Mg and large stacking fault width FCC Ni and Cu. Finally, when nanoimprint formation is correlated with the uniaxial response of the indented minuscule material volume, the hardness to yield strength ratio, p_p\sigma_ys , varies from ~7 to ~10, which largely exceeds the continuum plasticity bound of ~2.8. Our results have general implications to the understanding of indentation size-effects, where the onset of extreme nanoscale hardness values is associated with the occurrence of unique imprint-forming processes under large strain gradients. | en |
| dc.format | 14 s. | cs |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.citation | VARILLAS DELGADO, J. OČENÁŠEK, J. TORNER, J. ALCALÁ, J. Understanding imprint formation, plastic instabilities and hardness evolutions in FCC, BCC and HCP metal surfaces. ACTA MATERIALIA, 2021, roč. 217, č. SEP 15 2021, s. nestránkováno. ISSN: 1359-6454 | cs |
| dc.identifier.document-number | 691327100002 | |
| dc.identifier.doi | 10.1016/j.actamat.2021.117122 | |
| dc.identifier.issn | 1359-6454 | |
| dc.identifier.obd | 43933527 | |
| dc.identifier.uri | 2-s2.0-85111040252 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11025/45442 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.project.ID | EF15_003/0000358/Výpočetní a experimentální design pokročilých materiálů s novými funkcionalitami | cs |
| dc.publisher | Elsevier | en |
| dc.relation.ispartofseries | Acta Materialia | cs |
| dc.rights | ©autoři | cs |
| dc.rights.access | openAccess | en |
| dc.subject | nanoindentace | cs |
| dc.subject | tvrdost | cs |
| dc.subject | dislokace | cs |
| dc.subject | twinning | cs |
| dc.subject | krystalová plasticita | cs |
| dc.subject.translated | Nanoindentation | en |
| dc.subject.translated | Hardness | en |
| dc.subject.translated | dislocations | en |
| dc.subject.translated | twinning | en |
| dc.subject.translated | crystal plasticity | en |
| dc.title | Understanding imprint formation, plastic instabilities and hardness evolutions in FCC, BCC and HCP metal surfaces | en |
| dc.title.alternative | Pochopení tvorby otisků, plastických nestabilit a vývoje tvrdosti povrchů FCC, BCC a HCP kovovů | cs |
| dc.type | článek | cs |
| dc.type | article | en |
| dc.type.status | Peer-reviewed | en |
| dc.type.version | publishedVersion | en |