单晶铜纳米压痕的取向效应和尺寸效应研究

摘要

采用离散位错动力学法(DDD)以及晶体塑性有限元法(CPFEM)对单晶(001)、(011)和(111)晶面进行纳米压痕模拟研究。分别分析了载荷-位移曲线、弹性模量、纳米硬度以及弹性回复率与晶粒取向和压入深度的关系。DDD和CPFEM的模拟结果均表明:压痕硬度均随压入深度的减小而增大,呈现明显的尺寸效应。不同的是DDD的模拟结果显示:不同压入晶面的硬度关系为(111)晶面>(001)晶面>(011)晶面,呈现明显的取向效应。而CPFEM的模拟结果显示:不同压入晶面的硬度大致相同。此外,DDD模拟相对于CPFEM模拟结果,得到3个压痕面的压痕响应差异较大。两种方法模拟结果的差异主要是因为模拟尺度的不同,DDD模拟的尺度较小,其硬度响应与位错结构紧密相关。而CPFEM相对唯象,其模拟的尺度较大,微结构敏感特性不明显。