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AR Categoría: Indentación | Límite elástico y fatiga
Resistencia a la fluencia y a la tracción del acero y del aluminio
Importancia de la medición del límite elástico y de la resistencia a la tracción por indentación
Tradicionalmente, el límite elástico y la resistencia final a la tracción se han ensayado utilizando una gran máquina de ensayos de tracción que requiere una enorme fuerza para separar las muestras de ensayo. Es costoso y requiere mucho tiempo mecanizar adecuadamente muchos cupones de ensayo para un material en el que cada muestra sólo puede ensayarse una vez. Los pequeños defectos en la muestra crean una variación notable en los resultados de las pruebas. Las diferentes configuraciones y alineaciones de las máquinas de ensayo de tracción existentes en el mercado suelen dar lugar a variaciones sustanciales en la mecánica y los resultados de los ensayos.
El innovador método de indentación de Nanovea proporciona directamente valores de límite elástico y resistencia a la tracción final comparables a los valores medidos mediante ensayos de tracción convencionales. Esta medición abre un nuevo campo de posibilidades de ensayo para todas las industrias. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de la preparación de la muestra en comparación con la compleja forma de cupón necesaria para los ensayos de tracción. Es posible realizar múltiples mediciones en una sola muestra con un tamaño de indentación pequeño. Evita la influencia de los defectos observados en los cupones de ensayo de tracción creados durante el mecanizado de la muestra. Las mediciones de YS y UTS en muestras pequeñas en un área localizada permiten el mapeo y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico Mide el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción de muestras de aleaciones metálicas de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras fueron elegidas por sus valores comúnmente reconocidos de límite elástico y resistencia a la tracción máxima que muestran la confiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
Procedimiento de prueba y procedimientos
Las pruebas de límite elástico y resistencia a la tracción se realizaron en el Nanovea Mechanical Tester en el Microindentación modo. Para esta aplicación se utilizó una punta de diamante plana cilíndrica de 200 μm de diámetro. Se seleccionaron las aleaciones SS304 y Al6061 por su amplia aplicación industrial y sus valores comúnmente reconocidos de límite elástico y resistencia última a la tracción, con el fin de mostrar el gran potencial y fiabilidad del método de indentación. Las muestras se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado de espejo antes de realizar las pruebas para evitar que la rugosidad de la superficie o los defectos influyeran en los resultados de las pruebas. Las condiciones de ensayo se enumeran en la Tabla 1. Se realizaron más de diez ensayos con cada muestra para garantizar la repetibilidad de los valores de ensayo.
Resultados y discusión
Las curvas de carga y desplazamiento de las muestras de aleación SS304 y Al6061 se muestran en la Figura 3 con las huellas de los penetradores planos en las muestras de ensayo. El análisis de la curva de carga en forma de "S" mediante algoritmos especiales desarrollados por Nanovea calcula el límite elástico y la resistencia a la tracción final. Los valores son calculados automáticamente por el software como se resume en la Tabla 1. Los valores de límite elástico y resistencia a la tracción final obtenidos mediante ensayos de tracción convencionales se enumeran para su comparación.
Conclusión:
En este estudio, mostramos la capacidad de Nanovea Mechanical Tester para evaluar el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción de muestras de láminas de acero inoxidable y aleaciones de aluminio. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de preparación de muestras necesarios para las pruebas de tracción. El pequeño tamaño de la sangría permite realizar múltiples mediciones en una sola muestra. Este método permite mediciones YS/UTS en muestras pequeñas y áreas localizadas, proporcionando una solución para el mapeo YS/UTS y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.
Todos los módulos Nano, Micro o Macro del probador mecánico Nanovea incluyen modos de prueba de desgaste, rayado y sangría que cumplen con ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar la gama completa de propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras. Además, el perfilador 3D sin contacto y el módulo AFM opcionales están disponibles para obtener imágenes 3D de alta resolución de hendiduras, rayones y huellas de desgaste, además de otras mediciones de superficies como la rugosidad.
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Medición de la tensión y la deformación por nanoindentación cíclica
Medición de la tensión y la deformación por nanoindentación cíclica
Más información
Importancia de la nanoindentación
Mediciones continuas de la rigidez (CSM) obtenidas mediante nanoindentación revela la relación tensión-deformación de los materiales con métodos mínimamente invasivos. A diferencia de los métodos tradicionales de ensayo de tracción, la nanoindentación proporciona datos de tensión-deformación a escala nanométrica sin necesidad de un gran instrumento. La curva tensión-deformación proporciona información crucial sobre el umbral entre el comportamiento elástico y plástico a medida que la muestra se somete a cargas crecientes. El CSM permite determinar el límite elástico de un material sin necesidad de equipos peligrosos.
La nanoindentación proporciona un método fiable y fácil de usar para investigar rápidamente los datos de tensión-deformación. Además, la medición del comportamiento de la tensión-deformación en la nanoescala permite estudiar propiedades importantes en pequeños revestimientos y partículas de los materiales a medida que éstos avanzan. La nanoindentación proporciona información sobre el límite elástico y el límite de fluencia, además de la dureza, el módulo elástico, la fluencia, la resistencia a la fractura, etc., lo que la convierte en un instrumento de metrología versátil.
Los datos de tensión-deformación proporcionados por la nanoindentación en este estudio identifican el límite elástico del material al adentrarse sólo 1,2 micras en la superficie. Utilizamos el CSM para determinar cómo se desarrollan las propiedades mecánicas de los materiales a medida que el penetrador se adentra en la superficie. Esto es especialmente útil en aplicaciones de películas finas, donde las propiedades pueden depender de la profundidad. La nanoindentación es un método mínimamente invasivo para confirmar las propiedades de los materiales en las muestras de ensayo.
El ensayo CSM es útil para medir las propiedades del material en función de la profundidad. Se pueden realizar ensayos cíclicos con cargas constantes para determinar las propiedades más complejas del material. Esto puede ser útil para estudiar la fatiga o eliminar el efecto de la porosidad para obtener el verdadero módulo elástico.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el probador mecánico Nanovea utiliza CSM para estudiar la dureza y el módulo elástico frente a la profundidad y los datos de tensión-deformación en una muestra de acero estándar. Se eligió el acero por sus características comúnmente reconocidas para mostrar el control y la precisión de los datos de tensión-deformación a nanoescala. Se utilizó una punta esférica con un radio de 5 micras para alcanzar tensiones suficientemente altas más allá del límite elástico del acero.
Condiciones y procedimientos de prueba
Se utilizaron los siguientes parámetros de indentación:
Resultados:
El aumento de la carga durante las oscilaciones proporciona la siguiente curva de profundidad frente a la carga. Se realizaron más de 100 oscilaciones durante la carga para encontrar los datos de tensión-deformación a medida que el penetrador penetra en el material.
Determinamos la tensión y la deformación a partir de la información obtenida en cada ciclo. La carga y la profundidad máximas en cada ciclo nos permiten calcular la tensión máxima aplicada en cada ciclo al material. La deformación se calcula a partir de la profundidad residual en cada ciclo a partir de la descarga parcial. Esto nos permite calcular el radio de la huella residual dividiendo el radio de la punta para obtener el factor de deformación. El trazado de la tensión frente a la deformación del material muestra las zonas elástica y plástica con la correspondiente tensión límite elástica. Nuestras pruebas determinaron que la transición entre las zonas elástica y plástica del material se sitúa en torno a 0,076 de tensión con un límite elástico de 1,45 GPa.
Cada ciclo actúa como una única muesca, de modo que a medida que aumentamos la carga, realizamos pruebas a varias profundidades controladas en el acero. Así, la dureza y el módulo elástico en función de la profundidad pueden representarse directamente a partir de los datos obtenidos para cada ciclo.
A medida que el indentador se adentra en el material, vemos que la dureza aumenta y el módulo elástico disminuye.
Conclusión:
Hemos demostrado que el probador mecánico Nanovea proporciona datos fiables de tensión-deformación. El uso de una punta esférica con indentación CSM permite la medición de las propiedades del material bajo una mayor tensión. La carga y el radio del indentador pueden cambiarse para probar diversos materiales a profundidades controladas. Los comprobadores mecánicos Nanovea proporcionan estos ensayos de indentación desde el rango sub mN hasta 400N.
Ensayo de flexión en 3 puntos mediante microindentación
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico, en Microindentación se utiliza para medir la resistencia a la flexión (utilizando la flexión de 3 puntos) de muestras de varillas de diferentes tamaños (pasta) para mostrar una gama de datos. Se eligieron 2 diámetros diferentes para demostrar tanto las características elásticas como las frágiles. Utilizando un indentador de punta plana para aplicar una carga puntual, determinamos la rigidez (módulo de Young) e identificamos las cargas críticas a las que la muestra se fracturará.
