TÜBİTAK MAG Proje01.07.2017Mikro-elektronik ve mikro-cihazlar sektöründe devam eden minyatürleşme, mikroyapıseviyesindeki gözlemleri mühendislik seviyesine bağlayabilen öngörü kabiliyetine sahiparaçlara olan ihityacı tetiklemektedir. Çünkü bu tarz cihazların servis ömür tahmini tamamenmalzemenin davranışının temelini oluşturan etkenlerin anlaşılması ile mümkündür.Mikrometre ölçeğinde ve altında son zamanlarda yapılan çalışmalar göstermiştir ki kristalyapıya sahip malzemeler (örneğin metaller) büyük ölçekteki örneklerine göre, mikro yapıetkileri (örneğin tane boyutu, kafes kusurları ve katışkılar), gradyan etkileri (düzgün olmayandeformasyon alanı sebebi ile oluşan kafes kıvrımı) ve yüzey kısıtlamaları (örneğin sertkaplamalar veya serbest arayüzler) yüzünden farklı davranmaktadılar. Bu etkiler malzemeninbüyüklüğü ve benzersiz mikro yapısı sebebi ile daha güçlü veya zayıf tepki vermesine yolaçabilir. Bu büyüklüğe bağlı malzeme tepkisi, formülasyonlarında malzeme uzunluk ölçeğibulunmadığı için, standart sürekli ortamlar plastisite teorisi tarafından modellenememektedir.Ölçeğe bağlı mekanik yanıtın kapsanmasının bir yolu da gerinim gradyanlarının temel(malzeme model) kanuna katılmasından geçmektedir ki bu da çoğu gerinim gradyan plastisiteteorisinin başlangıç noktasıdır. Bu kapsamda tek tane malzemelerde büyüklüğe bağlımalzeme tepkisi literaturede çok geniş olarak çalışılmasına rağmen çok taneli (çok kristalli)metal malzemelerde bu çalışmalar dünya genelinde çok kısıtlıdır. Bu araştırmanın amacı çokkristalli farklı mikro yapı özelliklerine ve boyutlarına sahip metal malzemelerin davranışlarınıngerinim gradyan kristal plastisite modeli çerçevesinde analiz edilmesidir. Bu çalışma ikilikristal seviyesinden başlayıp binlerce taneye sahip gerçeksi mikro yapıya sahip malzemlerikapsayacaktır. Bu sayede mikro cihazlar sektöründe karşılaşılan standart dışı, boyuta vemikroyapıya bağlı malzeme davranışlarının modellenmesi gerçekleştirliecek ve mikromekanikanlamda önemli çıkarımlar elde edilecektir.Size effect is a crucial phenomenon in the microforming processes of metallicalloys involving only limited amount of grains. At this scale intrinsic size effectarises due to the size of the grains and the specimen/statistical size effect occursdue to the number of grains where the properties of individual grains becomedecisive on the mechanical behavior of the material. This project deals with themicromechanical modelling of the size dependent plastic response ofpolycrystalline metallic materials at micron scale through a strain gradient crystalplasticity framework. The model, which has been developed by the principalproject investigaor, is implemented into a Finite Element software as a coupledimplicit user element subroutine where the plastic slip and displacement fieldsare taken as global variables. Uniaxial tensile tests are conducted formicrostructures having different number of grains with random orientations inplane strain setting. The influence of the grain size and number on both local andmacroscopic behavior of the material is investigated. The attention is focussedon the effect of the grain boundary conditions, deformation rate and the grainsize on the mechanical behavior of micron sized specimens. The model isintrinsically capable of capturing both experimentally observed phenomenathanks to the incorporated internal length scale and the crystallographicorientation definition of each grain, which has been examplified throughexamples
