Indentación | Límite elástico y fatiga Archivos - NANOVEA: perfilómetros, tribómetros, nanoindentadores y medidores de rayado avanzados para ensayos de materiales.

Límite elástico y resistencia a la tracción del acero y el aluminio

nanovea — Wed, 11 Mar 2020 14:06:56 +0000

Importancia de la medición del límite elástico y la resistencia a la tracción máxima mediante indentación

Tradicionalmente, el límite elástico y la resistencia a la tracción máxima se han probado utilizando una gran máquina de ensayo de tracción que requiere una enorme fuerza para separar las muestras de ensayo. Es costoso y lleva mucho tiempo mecanizar adecuadamente muchas muestras de ensayo para un material en el que cada muestra solo se puede probar una vez. Los pequeños defectos en la muestra crean una variación notable en los resultados de las pruebas. Las diferentes configuraciones y alineaciones de los ensayos de tracción disponibles en el mercado a menudo dan lugar a variaciones sustanciales en la mecánica y los resultados de las pruebas.

El innovador método de indentación de Nanovea proporciona directamente valores de límite elástico y resistencia a la tracción máxima 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 costo de preparación de las muestras en comparación con la compleja forma de las probetas que se requiere para los ensayos de tracción. Es posible realizar múltiples mediciones en una sola muestra con un tamaño de indentación pequeño. Esto evita la influencia de los defectos que se observan en las muestras de ensayo de tracción creados durante el mecanizado de las muestras. Las mediciones de YS y UTS en muestras pequeñas en un área localizada permiten la cartografía y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.

Objetivo de medición

En esta aplicación, Nanovea Comprobador mecánico mide el límite elástico y la resistencia a la tracción máxima de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se seleccionaron por sus valores de límite elástico y resistencia a la tracción máxima comúnmente reconocidos, lo que demuestra la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.

Procedimiento de ensayo y procedimientos

Las pruebas de límite elástico y resistencia a la tracción máxima se realizaron en el ensayador mecánico Nanovea en el Microindentación modo. Para esta aplicación se utilizó una punta de diamante cilíndrica plana de 200 μm de diámetro. Se seleccionaron las aleaciones SS304 y Al6061 por su amplia aplicación industrial y sus valores de límite elástico y resistencia a la tracción máximos comúnmente reconocidos, con el fin de demostrar el gran potencial y la fiabilidad del método de indentación. Las muestras se pulieron mecánicamente hasta obtener un acabado espejo antes de la prueba para evitar que la rugosidad de la superficie o los defectos influyeran en los resultados. 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 debate

Las curvas de carga-desplazamiento de las muestras de aleación SS304 y Al6061 se muestran en la Figura 3 con las marcas del penetrador plano en las muestras de ensayo insertadas. 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 máxima. Los valores se calculan automáticamente mediante el software, tal y como se resume en la tabla 1. Se incluyen los valores del límite elástico y la resistencia a la tracción máxima obtenidos mediante ensayos de tracción convencionales a efectos comparativos.

Conclusión

En este estudio, mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para evaluar el límite elástico y la resistencia a la tracción máxima de muestras de láminas de acero inoxidable y aleación de aluminio. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el costo de preparación de las muestras necesarios para los ensayos de tracción. El pequeño tamaño de la indentación permite realizar múltiples mediciones en una sola muestra. Este método permite realizar mediciones de YS/UTS en muestras pequeñas y áreas localizadas, lo que proporciona una solución para el mapeo de YS/UTS y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras automotrices.

Los módulos Nano, Micro o Macro del Nanovea Mechanical Tester incluyen modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La inigualable gama de Nanovea es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras. Además, hay disponibles un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de la indentación, el rayado y el desgaste, además de otras mediciones de la superficie, como la rugosidad.

¿Tiene una aplicación similar?

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Medición cíclica de tensión-deformación por nanoindentación

nanovea — Sat, 11 Feb 2017 14:40:05 +0000

Medición cíclica de tensión-deformación por nanoindentación

Más información

Importancia de la nanoindentación

Mediciones continuas de 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 utilizar instrumentos de gran tamaño. La curva tensión-deformación proporciona información crucial sobre el umbral entre el comportamiento elástico y el plástico a medida que la muestra se somete a cargas cada vez mayores. CSM ofrece la posibilidad de determinar el límite elástico de un material sin necesidad de utilizar equipos peligrosos.

La nanoindentación ofrece un método confiable y fácil de usar para investigar rápidamente los datos de tensión-deformación. Además, la medición del comportamiento de tensión-deformación a escala nanométrica permite estudiar propiedades importantes en recubrimientos y partículas pequeñas en materiales a medida que estos se vuelven más avanzados. La nanoindentación proporciona información sobre el límite elástico y el límite elástico, 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 con solo penetrar 1,2 micras en la superficie. Utilizamos CSM para determinar cómo se desarrollan las propiedades mecánicas de los materiales a medida que el indentador se adentra más en la superficie. Esto resulta especialmente útil en aplicaciones de películas delgadas, donde las propiedades pueden depender de la profundidad. La nanoindentación es un método mínimamente invasivo para confirmar las propiedades de los materiales en muestras de prueba.

La prueba CSM es útil para medir las propiedades de los materiales en función de la profundidad. Se pueden realizar pruebas cíclicas con cargas constantes para determinar propiedades más complejas de los materiales. Esto puede ser útil para estudiar la fatiga o eliminar el efecto de la porosidad y obtener el módulo de elasticidad real.

Objetivo de medición

En esta aplicación, el probador mecánico Nanovea utiliza CSM para estudiar la dureza y el módulo de elasticidad en función de 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 sangría:

Resultados:

El aumento de la carga durante las oscilaciones proporciona la siguiente curva de profundidad frente a carga. Se realizaron más de 100 oscilaciones durante la carga para obtener los datos de tensión-deformación a medida que el penetrador penetraba 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. Al trazar la tensión frente a la deformación del material, se muestran las zonas elásticas y plásticas con la tensión límite elástica correspondiente. Nuestras pruebas determinaron que la transición entre las zonas elástica y plástica del material se sitúa en torno a una deformación de 0,076, con un límite elástico de 1,45 GPa.

Cada ciclo actúa como una sola hendidura, por lo que, a medida que aumentamos la carga, realizamos pruebas a varias profundidades controladas en el acero. Así, la dureza y el módulo de elasticidad en función de la profundidad se pueden representar gráficamente directamente a partir de los datos obtenidos para cada ciclo.

A medida que el penetrador se adentra en el material, observamos un aumento de la dureza y una disminución del módulo de elasticidad.

Conclusión

Hemos demostrado que el medidor mecánico Nanovea proporciona datos fiables sobre tensión-deformación. El uso de una punta esférica con indentación CSM permite medir las propiedades del material bajo una tensión mayor. La carga y el radio del indentador se pueden modificar para probar diversos materiales a profundidades controladas. Los medidores mecánicos Nanovea realizan estas pruebas de indentación desde el rango sub mN hasta 400 N.

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Prueba de flexión de 3 puntos mediante microindentación

nanovea — Thu, 07 Mar 2013 19:34:04 +0000

En esta aplicación, Nanovea Comprobador mecánico, en Microindentación El modo se utiliza para medir la resistencia a la flexión (utilizando una prueba de flexión en tres puntos) de muestras de varillas (pasta) de distintos tamaños para mostrar una serie de datos. Se eligieron dos diámetros diferentes para demostrar las características elásticas y frágiles. Utilizando un penetrador 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 fractura.

Prueba de flexión de 3 puntos mediante microindentación

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