Утворення та ріст тріщин у гібридних волокнистих металевих ламінатних нанокомпозитних матеріялах із алюмінійовою матрицею 7075-T6

Випуски $\rightarrow$ Том 23, випуск 3 (2022)

Утворення та ріст тріщин у гібридних волокнистих металевих ламінатних нанокомпозитних матеріалах із алюмінійовою матрицею 7075-T6

М. В. Бабанли, Н. А. Гурбанов, Р. К. Мехтієв

Азербайджанський державний університет нафти та промисловости, просп. Азадлиґ, 20, 1010 Баку, Азербайджан

Отримано 10.01.2022; остаточна версія — 21.06.2022 Завантажити  PDF

Анотація
Роботу сфокусовано на експериментальних даних, комп’ютерних і теоретичних (аналітичних) моделях процесів утворення тріщин у гібридних нанокристалічних матеріалах з алюмінійовою матрицею 7075-T6 і наночастинковим наповнювачем під впливом високошвидкісних і квазистатичних режимів деформації. Із наведенням основних експериментальних фактів та результатів комп’ютерного моделювання особливу увагу приділено теоретичним моделям, що описують утворення наноскопічних тріщин на вершинах мікротріщин у гібридних нанокристалічних матеріалах за високих швидкостей і квазистатичних деформацій. Запропоновано модель, що описує утворення та зростання нанотріщин біля вершин затуплених тріщин у гібридному нанокомпозитному матеріалі. В межах моделі концентрація напружень на вершині затуплених тріщин зумовлює ковзання меж зерен і дислокації в стиках меж зерен. Напруження, що створюють ці дислокації, і навантаження, прикладене до піків тріщин, спричинюють утворення та зростання нанотріщин. Показано, що збільшення радіуса кривини на вершині товстої тріщини та зменшення розміру зерен сприяють зростанню нанотріщин. Ці тенденції узгоджуються з експериментальними даними щодо низької в’язкости розпаду та високої пластичности більшости нанокристалічних матеріалів.

Ключові слова: волокнистий металевий ламінат (ВМЛ), гібридний ВМЛ нанокомпозит, еліптична тріщина, в’язке розтріскування, розтягання, пластичність.

Citation: M. B. Babanli, N. A Gurbanov, and R. K. Mehtiyev, Formation and Growth of Cracks in 7075-T6 Aluminium Matrix Hybrid FML Nanocomposite Materials, Progress in Physics of Metals, 23, No. 3: 489–509 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.489

Цитована література

H. Conrad and J. Narayan, Appl. Phys. Lett., 81, No. 12: 2241 (2002); https://doi.org/10.1063/1.1507353
M.J. Demkowicz, A.S. Argon, D. Farkas, and M. Frary, Philos. Magaz., 87, No. 28: 4253 (2007); https://doi.org/10.1080/14786430701358715
M.Yu. Gutkin and I.A. Ovid’ko, Phys. Solid State, 52: 1397 (2010); https://doi.org/10.1134/S1063783410070127
J.N. Aslanov and A.B. Sultanova, IFAC-PapersOnLine, 51, No. 30: 12 (2018); https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.11.236
H.A. Padilla and B.L. Boyce, Exp. Mech., 50: 5 (2010); https://doi.org/10.1007/s11340-009-9301-2
I. Hasanov, I. Abbasov, and N. Gurbanov, Proc. Latvian Acad. Sci. Sec. B, 74, No. 4: 727 (2020); https://doi.org/10.2478/prolas-2020-0044
K.A. Padmanabhan and H. Gleiter, Mater. Sci. Eng. A, 381, Nos. 1–2: 28 (2004); https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.02.054
N.A. Gurbanov and M.B. Babanli, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 12: 1589 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.12.1589
D. Farkas, H. Van Swygenhoven, and P.M. Derlet, Phys. Rev. B, 66, No. 6: 060101 (2002); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.060101
T. Hanlon, Y.-N. Kwon, and S. Suresh, Scr. Mater., 49, No. 7: 675 (2003); https://doi.org/10.1016/S1359-6462(03)00393-2
A. Latapie and D. Farkas, Phys. Rev. B, 69, No. 13: 134110 (2004); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.134110
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Acta Mater., 52, No. 5: 1201 (2004); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.11.004
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Phys. Rev. B, 77, No. 5: 054109 (2008); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.054109
J.N. Aslanov, V.T. Mamedov, and G.A. Mamedov, J. Appl. Mech. Tech. Phys., 61: 286 (2020); https://doi.org/10.1134/S0021894420020157
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Phys. Solid State, 50: 1044 (2008); https://doi.org/10.1134/S1063783408060085
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Acta Mater., 57, No. 7: 2217 (2009); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.01.030
D. Farkas, S. Petegem, P.M. Derlet, and H. Van Swygenhoven, Acta Mater., 53, No. 11: 3115 (2005); https://doi.org/10.1016/J.ACTAMAT.2005.02.012
D. Wolf, V. Yamakov, S.R. Phillpot, A.K. Mukherjee, and H. Gleiter, Acta Mater., 53, No. 1: 1 (2005); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.08.045
M.A. Vasylyev, S.M. Voloshko, V.I. Zakiev, A.P. Burmak, Ya.I. Matvienko, and A.D. Rud, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 11: 1455 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.11.1455
N.A. Gurbanov, M.Y. Askin, M.B. Babanli, and Y. Turen, Funct. Mater., 29, No. 1: 172 (2022); https://doi.org/10.15407/fm29.01.172
A. Afrouzian, H.M. Aleni, G.H. Liaghat, and H. Ahmadi, J. Reinforced Plastics and Composites, 36, No. 12: 900 (2017); https://doi.org/10.1177/0731684417694753
K.S. Kumar, S. Suresh, M.F. Chisholm, J.A. Horton, and P. Wang, Acta Mater., 51, No. 2: 387 (2003); https://doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00421-4
K.S. Kumar, H. Van Swygenhoven, and S. Suresh, Acta Mater., 51, No. 19: 5743 (2003); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.08.032
S.V. Bobylev, A.K. Mukherjee, I.A. Ovid’ko, and A.G. Sheinerman, Int. J. Plasticity, 26, No. 11: 1629 (2010); https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2010.03.001
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, J. Phys. D: Appl. Phys., 46, No. 34: 345305 (2013); https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/34/345305
S.P. Repetsky, E.G. Len, and V.V. Lizunov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 28, No. 8: 989 (2006).
T. Mura, Micromechanics of Defects in Solids (Dordrecht: Springer–Kluwer Academic Publishers: 1987); https://doi.org/10.1007/978-94-009-3489-4
Z. Zhuang, Z. Liu, and Y. Cui, Dislocation Mechanism-Based Crystal Plasticity: Theory and Computation at the Micron and Submicron Scale (Academic Press: 2019).
L.L. Fischer and G.E. Beltz, J. Mech. Phys. Solids, 49, No. 3: 635 (2001); https://doi.org/10.1016/S0022-5096(00)00042-9
G.E. Beltz, D.M. Lipkin, and L.L. Fischer, Phys. Rev. Lett., 82, No. 22: 4468 (1999); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.4468
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Acta Mater., 58, No. 16: 5286 (2010); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.05.058
M.Yu. Gutkin and I.A. Ovid’ko, Plastic Deformation in Nanocrystalline Materials (Springer: 2004).
R.K. Mehtiyev, Рroc. 7th International Conf. Control and Optimization with Industrial Applications Pace (August 26–28, 2020, Baku, Azerbaijan) (COIA: 2020), p. 269.
R.K. Mehtiyev, Рroc. 6th International Conf. Control and Optimization with Industrial Applications Pace (July 11–13, 2018, Baku, Azerbaijan) (COIA: 2020), p. 223.
D.M. Hulbert, D. Jiang, J.D. Kuntz, Y. Kodera, and A.K. Mukherjee, Scr. Mater., 56, No. 12: 1103 (2007); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.02.003
I.A. Ovid’ko and A.G. Sheinerman, Acta Mater., 53, No. 5: 1347 (2005); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.11.026
J. Wan, R.-G. Duan, M.J. Gasch and A.K. Mukherjee, J. Amer. Ceram. Soc., 89, No. 1: 274 (2006); https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00702.x
T.G. Jabbarov, O.A. Dyshin, M.B. Babanli, and I.I. Abbasov, Mathematical modelling of the sintering process of iron-based metal-glass materials, Prog. Phys. Met., 20, No. 4: 584 (2019); https://doi.org/10.15407/ufm.20.04.584
X. Mao, L. Qiao, and X. Li, Scr. Mater., 39, Nos. 4–5: 519 (1998); https://doi.org/10.1016/s1359-6462(98)00191-2
X. Li and X. Jiang, Eng. Fract. Mech., 211: 258 (2019); https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.03.038
E. Zolgharnein and V.M. Mirsalimov, Acta Polytechnica Hungarica, 9, No. 2: 169 (2012).
G.-D. Zhan, J.D. Kuntz, J. Wan, and A.K. Mukherjee, Nature Mater., 2: 38 (2003); https://doi.org/10.1038/nmat793
A.G. Solomenko, R.M. Balabai, T.M. Radchenko, and V.A. Tatarenko, Functionalization of quasi-two-dimensional materials: chemical and strain-induced modifications, Prog. Phys. Met., 23, No. 2: 147 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.02.147
V.V. Girzhon and O.V. Smolyakov, Modelling of lattices of two-dimensional quasi-crystals, Prog. Phys. Met., 20, No. 4: 551 (2019); https://doi.org/10.15407/ufm.20.04.551
V.M. Mirsalimov and Sh.G. Hasanov, Int. J. Damage Mech., 23, No. 3: 430 (2014); https://doi.org/10.1177/1056789513519459
N.J.M. Carvalho, B.J. Kooi, and J.Th.M. De Hosson, Surface Treatment VI: Computer Methods and Experimental Measurements for Surface Treatment Effects. (Southampton, NY: WIT Press: 2002), p. 233.