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AR Kategorie: Eindrücken | Streckgrenze und Ermüdung
Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl und Aluminium
Bedeutung der Messung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit mit Hilfe der Eindrückung
Traditionell werden Streckgrenze und Zugfestigkeit mit einer großen Zugprüfmaschine geprüft, die eine enorme Kraft benötigt, um die Proben auseinander zu ziehen. Es ist kostspielig und zeitaufwändig, viele Testkupons für ein Material zu bearbeiten, bei dem jede Probe nur einmal geprüft werden kann. Kleine Defekte in der Probe führen zu einer deutlichen Abweichung der Prüfergebnisse. Unterschiedliche Konfigurationen und Ausrichtungen der auf dem Markt befindlichen Zugprüfgeräte führen oft zu erheblichen Abweichungen in der Prüfmechanik und den Ergebnissen.
Die innovative Eindringmethode von Nanovea liefert direkt Werte für die Streckgrenze und die Zugfestigkeit, die mit den Werten vergleichbar sind, die mit herkömmlichen Zugtests gemessen werden. Diese Messung eröffnet neue Prüfmöglichkeiten für alle Branchen. Der einfache Versuchsaufbau reduziert die Zeit und die Kosten für die Probenvorbereitung im Vergleich zur komplexen Couponform, die für Zugversuche erforderlich ist, erheblich. Mehrere Messungen an einer einzigen Probe sind bei einer geringen Größe der Vertiefung möglich. Sie verhindert den Einfluss von Defekten, die bei der Bearbeitung von Zugproben entstehen. YS- und UTS-Messungen an kleinen Proben in einem begrenzten Bereich ermöglichen die Kartierung und Erkennung lokaler Defekte in Rohrleitungen oder Autostrukturen.
Messung Zielsetzung
Bei dieser Anwendung wird das Nanovea Mechanischer Tester Misst die Streckgrenze und Zugfestigkeit von Proben aus Edelstahl SS304 und Aluminium Al6061-Metalllegierungen. Die Proben wurden aufgrund ihrer allgemein anerkannten Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerte ausgewählt, die die Zuverlässigkeit der Eindruckmethoden von Nanovea belegen.
Testverfahren und -abläufe
Die Prüfungen der Streckgrenze und der Zugfestigkeit wurden mit dem Nanovea-Mechanik-Testgerät in der Mikroindentation Modus. Für diese Anwendung wurde eine zylindrische flache Diamantspitze mit einem Durchmesser von 200 μm verwendet. Die Legierungen SS304 und Al6061 wurden aufgrund ihrer umfangreichen industriellen Anwendung und ihrer allgemein anerkannten Werte für die Streckgrenze und die Zugfestigkeit ausgewählt, um das große Potenzial und die Zuverlässigkeit der Eindringmethode zu zeigen. Die Proben wurden vor der Prüfung mechanisch auf Hochglanz poliert, um eine Beeinflussung der Prüfergebnisse durch Oberflächenrauhigkeit oder -fehler zu vermeiden. Die Prüfbedingungen sind in Tabelle 1 aufgeführt. An jeder Probe wurden mehr als zehn Prüfungen durchgeführt, um die Wiederholbarkeit der Prüfwerte zu gewährleisten.
Ergebnisse und Diskussion
Die Kraft-Weg-Kurven der SS304- und Al6061-Legierungsproben sind in Abbildung 3 dargestellt, wobei die Abdrücke der flachen Eindringkörper auf den Testproben eingezeichnet sind. Die Analyse der "S"-förmigen Belastungskurve mit Hilfe spezieller, von Nanovea entwickelter Algorithmen berechnet die Streckgrenze und die Zugfestigkeit. Die Werte werden von der Software automatisch berechnet und sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Zum Vergleich sind die Werte für die Streckgrenze und die Zugfestigkeit aufgeführt, die mit herkömmlichen Zugversuchen ermittelt wurden.
Schlussfolgerung
In dieser Studie haben wir die Leistungsfähigkeit des Nanovea Mechanical Tester bei der Bewertung der Streckgrenze und Zugfestigkeit von Blechproben aus rostfreiem Stahl und Aluminiumlegierungen demonstriert. Der einfache Versuchsaufbau reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für die Probenvorbereitung für Zugversuche erheblich. Die kleine Vertiefungsgröße ermöglicht die Durchführung mehrerer Messungen an einer einzigen Probe. Diese Methode ermöglicht YS/UTS-Messungen an kleinen Proben und lokalisierten Bereichen und bietet eine Lösung für die YS/UTS-Kartierung und lokale Defekterkennung von Rohrleitungen oder Autostrukturen.
Die Nano-, Mikro- oder Makromodule des Nanovea Mechanical Tester umfassen alle ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißtestmodi und bieten so das umfassendste und benutzerfreundlichste Testspektrum, das in einem einzigen System verfügbar ist. Das unübertroffene Sortiment von Nanovea ist eine ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums mechanischer Eigenschaften dünner oder dicker, weicher oder harter Beschichtungen, Filme und Substrate, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen. Darüber hinaus sind ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler und ein AFM-Modul für die hochauflösende 3D-Bildgebung von Eindrücken, Kratzern und Verschleißspuren zusätzlich zu anderen Oberflächenmessungen wie Rauheit erhältlich.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
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Bedeutung der Nanoindentation
Kontinuierliche Steifigkeitsmessungen (CSM), die durch Nanoindentation zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung von Materialien mit minimalinvasiven Methoden auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zugprüfungsmethoden liefert die Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Daten auf der Nanoskala, ohne dass ein großes Instrument benötigt wird. Die Spannungs-Dehnungskurve liefert entscheidende Informationen über die Schwelle zwischen elastischem und plastischem Verhalten, wenn die Probe steigenden Belastungen ausgesetzt wird. CSM ermöglicht die Bestimmung der Fließspannung eines Materials ohne gefährliche Geräte.
Die Nanoindentation bietet eine zuverlässige und benutzerfreundliche Methode zur schnellen Untersuchung von Spannungs-/Dehnungsdaten. Darüber hinaus ermöglicht die Messung des Spannungs-Dehnungsverhaltens auf der Nanoskala die Untersuchung wichtiger Eigenschaften an kleinen Beschichtungen und Partikeln in Werkstoffen, die immer weiter entwickelt werden. Die Nanoindentation liefert Informationen über die Elastizitätsgrenze und die Streckgrenze sowie über Härte, Elastizitätsmodul, Kriechverhalten, Bruchzähigkeit usw. und ist damit ein vielseitiges Messinstrument.
Die Spannungs-Dehnungs-Daten, die die Nanoindentation in dieser Studie liefert, identifizieren die Elastizitätsgrenze des Materials, während sie nur 1,2 Mikrometer tief in die Oberfläche eindringen. Wir verwenden CSM, um festzustellen, wie sich die mechanischen Eigenschaften von Materialien entwickeln, wenn ein Eindringkörper tiefer in die Oberfläche eindringt. Dies ist besonders bei Dünnschichtanwendungen nützlich, bei denen die Eigenschaften von der Tiefe abhängen können. Die Nanoindentation ist eine minimal invasive Methode zur Bestätigung von Materialeigenschaften in Testproben.
Die CSM-Prüfung ist nützlich, um die Materialeigenschaften in Abhängigkeit von der Tiefe zu messen. Um komplexere Materialeigenschaften zu bestimmen, können zyklische Tests mit konstanten Lasten durchgeführt werden. Dies kann nützlich sein, um die Ermüdung zu untersuchen oder den Effekt der Porosität zu eliminieren, um den wahren Elastizitätsmodul zu erhalten.
Messung Zielsetzung
In dieser Anwendung verwendet das Nanovea-Mechanikprüfgerät CSM zur Untersuchung von Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe sowie von Spannungs-Dehnungs-Daten an einer Standardstahlprobe. Stahl wurde aufgrund seiner allgemein anerkannten Eigenschaften ausgewählt, um die Kontrolle und Genauigkeit der Spannungs-Dehnungs-Daten im Nanomaßstab zu zeigen. Eine kugelförmige Spitze mit einem Radius von 5 Mikrometern wurde verwendet, um ausreichend hohe Spannungen jenseits der Elastizitätsgrenze für Stahl zu erreichen.
Testbedingungen und -verfahren
Es wurden die folgenden Eindringungsparameter verwendet:
Ergebnisse:
Die Zunahme der Last während der Oszillationen ergibt die folgende Kurve zwischen Tiefe und Last. Während der Belastung wurden über 100 Oszillationen durchgeführt, um die Spannungs-Dehnungs-Daten zu ermitteln, wenn der Eindringkörper in das Material eindringt.
Anhand der bei jedem Zyklus gewonnenen Informationen wurden Spannung und Dehnung bestimmt. Anhand der maximalen Belastung und Tiefe bei jedem Zyklus lässt sich die maximale Spannung berechnen, die bei jedem Zyklus auf das Material einwirkt. Die Dehnung wird anhand der Resttiefe bei jedem Zyklus aus der Teilentlastung berechnet. Daraus lässt sich der Radius des verbleibenden Abdrucks berechnen, indem der Radius der Spitze geteilt wird, um den Dehnungsfaktor zu erhalten. Die Aufzeichnung von Spannung und Dehnung für das Material zeigt die elastischen und plastischen Zonen mit der entsprechenden elastischen Grenzspannung. Unsere Tests ergaben, dass der Übergang zwischen der elastischen und der plastischen Zone des Materials bei etwa 0,076 Dehnung mit einer Elastizitätsgrenze von 1,45 GPa liegt.
Jeder Zyklus wirkt wie ein einzelner Eindruck, so dass wir mit zunehmender Belastung Tests in verschiedenen kontrollierten Tiefen des Stahls durchführen. So können Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe direkt aus den für jeden Zyklus erhaltenen Daten aufgetragen werden.
Wenn der Eindringkörper in das Material eindringt, nimmt die Härte zu und der Elastizitätsmodul ab.
Schlussfolgerung
Wir haben gezeigt, dass der Nanovea-Mechanik-Tester zuverlässige Spannungs-Dehnungs-Daten liefert. Die Verwendung einer kugelförmigen Spitze mit CSM-Eindruck ermöglicht die Messung von Materialeigenschaften unter erhöhter Belastung. Die Belastung und der Radius des Eindringkörpers können verändert werden, um verschiedene Materialien in kontrollierter Tiefe zu testen. Die mechanischen Prüfgeräte von Nanovea ermöglichen diese Eindringtests im Bereich von unter mN bis 400N.
3-Punkt-Biegeprüfung mittels Mikroindentation
Bei dieser Anwendung wird das Nanovea Mechanischer Tester, In Mikroindentation wird zur Messung der Biegefestigkeit (unter Verwendung der 3-Punkt-Biegung) von Stabproben verschiedener Größe (Nudeln) verwendet, um eine Reihe von Daten zu zeigen. Es wurden 2 verschiedene Durchmesser gewählt, um sowohl elastische als auch spröde Eigenschaften zu demonstrieren. Mit Hilfe eines flachen Eindringkörpers zur Aufbringung einer Punktlast wird die Steifigkeit (Elastizitätsmodul) bestimmt und die kritischen Lasten ermittelt, bei denen die Probe bricht.
