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Archivos mensuales: marzo 2021

Material multifásico mediante nanoindentación NANOVEA

Nanoindentación multifásica de metales

Estudio metalúrgico de material multifásico mediante nanoindentación

Más información

ESTUDIO METALÚRGICO
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCCIÓN

La metalurgia estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, así como de sus compuestos intermetálicos y aleaciones. Los metales sometidos a procesos de trabajo, como fundición, forja, laminación, extrusión y mecanizado, experimentan cambios en sus fases, microestructura y textura. Estos cambios dan lugar a propiedades físicas variadas, como la dureza, la resistencia, la tenacidad, la ductilidad y la resistencia al desgaste del material. La metalografía se aplica a menudo para conocer el mecanismo de formación de dichas fases, microestructura y textura específicas.

IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES PARA EL DISEÑO DE MATERIALES

Los materiales avanzados suelen tener múltiples fases en una microestructura y textura especiales para lograr las propiedades mecánicas deseadas para las aplicaciones objetivo en la práctica industrial. Nanoindentación se aplica ampliamente para medir el comportamiento mecánico de los materiales a pequeña escala i ii. Sin embargo, seleccionar con precisión lugares específicos para la indentación en un área muy pequeña supone un reto y requiere mucho tiempo. Para determinar las propiedades mecánicas de las distintas fases de un material con gran precisión y mediciones puntuales, se necesita un procedimiento de nanoindentación fiable y fácil de utilizar.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, medimos las propiedades mecánicas de una muestra metalúrgica multifásica utilizando el Comprobador Mecánico Más Potente: el NANOVEA PB1000.

Aquí, mostramos la capacidad del PB1000 para realizar mediciones de nanoindentación en múltiples fases (granos) de una gran superficie de muestra con alta precisión y facilidad de uso utilizando nuestro Controlador de Posición Avanzado.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

En este estudio, utilizamos una muestra metalúrgica con múltiples fases. La muestra había sido pulida hasta alcanzar un acabado superficial similar al de un espejo antes de los ensayos de indentación. Se han identificado cuatro fases en la muestra, a saber, FASE 1, FASE 2, FASE 3 y FASE 4, como se muestra a continuación.

El controlador avanzado de platina es una herramienta intuitiva de navegación de muestras que ajusta automáticamente la velocidad de movimiento de la muestra bajo el microscopio óptico en función de la posición del ratón. Cuanto más alejado esté el ratón del centro del campo de visión, más rápido se moverá la platina en la dirección del ratón. Esto proporciona un método fácil de usar para navegar por toda la superficie de la muestra y seleccionar la ubicación prevista para las pruebas mecánicas. Las coordenadas de las ubicaciones de ensayo se guardan y numeran, junto con sus configuraciones de ensayo individuales, como cargas, velocidad de carga/descarga, número de ensayos en un mapa, etc. Este procedimiento de ensayo permite a los usuarios examinar una gran superficie de muestra en busca de áreas específicas de interés para la indentación y realizar todos los ensayos de indentación en diferentes ubicaciones de una sola vez, lo que la convierte en una herramienta ideal para los ensayos mecánicos de muestras metalúrgicas con múltiples fases.

En este estudio, localizamos las fases específicas de la muestra bajo el microscopio óptico integrado en el NANOVEA Comprobador mecánico numerado en FIGURA 1. Se guardan las coordenadas de las ubicaciones seleccionadas y, a continuación, se realizan ensayos de nanoindentación automáticos de una sola vez en las condiciones de ensayo que se resumen a continuación

FIGURA 1: SELECCIÓN DEL LUGAR DE NANOINDENTACIÓN EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA.
RESULTADOS: NANOINDENTACIONES EN DIFERENTES FASES

A continuación se muestran las indentaciones en las distintas fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de posición de la etapa de muestra en el NANOVEA Comprobador mecánico permite a los usuarios localizar con precisión el punto de destino de los ensayos de propiedades mecánicas.

Las curvas carga-desplazamiento representativas de las indentaciones se muestran en FIGURA 2y la dureza y el módulo de Young correspondientes calculados mediante el método de Oliver y Pharriii se resumen y comparan en FIGURA 3.


En FASES 1, 2, 3 y 4 poseen una dureza media de ~5,4, 19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente. El tamaño relativamente pequeño de FASES 2 contribuye a su mayor desviación estándar de los valores de dureza y módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS CARGA-DESPLAZAMIENTO
DE LAS NANOINDENTACIONES

FIGURA 3: DUREZA Y MÓDULO DE YOUNG DE DIFERENTES FASES

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos el NANOVEA Mechanical Tester realizando mediciones de nanoindentación en múltiples fases de una gran muestra metalúrgica utilizando el Advanced Stage Controller. El control preciso de la posición permite a los usuarios navegar fácilmente por una gran superficie de muestra y seleccionar directamente las áreas de interés para las mediciones de nanoindentación.

Las coordenadas de ubicación de todas las indentaciones se guardan y luego se realizan consecutivamente. Este procedimiento de ensayo hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo en la muestra metálica multifásica de este estudio, requiera mucho menos tiempo y sea más fácil de utilizar. Las FASES duras 2, 3 y 4 mejoran las propiedades mecánicas de la muestra, poseyendo una dureza media de ~19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente, en comparación con los ~5,4 GPa de la FASE 1.

Los módulos Nano, Micro o Macro del instrumento incluyen todos modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, proporcionando la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adherencia, la resistencia al desgaste y muchas otras.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 19, Issue 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volumen 9, Número 5, mayo de 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Issue 6, June 1992, pp.1564-1583

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