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Material multifásico mediante nanoindentación NANOVEA

Nanoindentación de metales multifase

Estudio metalúrgico de materiales multifásicos mediante nanoindentación

Más información

ESTUDIO METALÚRGICO
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

UTILIZANDO LA NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado & 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 que se someten a procesos de trabajo, como la fundición, la forja, el laminado, la extrusión y el mecanizado, experimentan cambios en sus fases, microestructura y textura. Estos cambios dan lugar a diversas propiedades físicas, 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 MECÁNICAS LOCALES PROPIEDADES MECÁNICAS LOCALES 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 es un reto y requiere mucho tiempo. Para determinar las propiedades mecánicas de las distintas fases de un material con gran precisión y en el momento oportuno, se necesita un procedimiento de nanoindentación fiable y fácil de usar.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, medimos las propiedades mecánicas de una muestra metalúrgica multifásica utilizando el probador 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

CONDICIONES DE PRUEBA

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 Advanced Stage Controller 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 hacia 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 las pruebas se guardan y se numeran, junto con sus configuraciones de prueba individuales, como las cargas, la velocidad de carga/descarga, el número de pruebas en un mapa, etc. Este procedimiento de prueba permite a los usuarios examinar una gran superficie de la muestra en busca de áreas específicas de interés para la indentación y realizar todas las pruebas de indentación en diferentes lugares de una sola vez, por lo que es una herramienta ideal para las pruebas mecánicas 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 pruebas de nanoindentación automáticas de una sola vez en las condiciones de prueba que se resumen a continuación

FIGURA 1: SELECCIONAR LA UBICACIÓN DE LA NANOINDENTACIÓN EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA.
RESULTADOS: NANOINDENTACIONES EN DIFERENTES FASES

A continuación se muestran las muescas en las diferentes fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de la posición de la etapa de la muestra en el NANOVEA Probador Mecánico permite a los usuarios identificar con precisión la ubicación objetivo para las pruebas de propiedades mecánicas.

Las curvas de carga-desplazamiento representativas de las hendiduras 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.


El
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 para 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 Probador Mecánico NANOVEA realizando mediciones de nanoindentación en múltiples fases de una gran muestra metalúrgica utilizando el Controlador de Etapa Avanzado. 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 localización de todas las indentaciones se guardan y se realizan consecutivamente. Este procedimiento de ensayo hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo, la muestra de metal multifásica de este estudio, requiera mucho menos tiempo y sea más fácil de usar. 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 los modos de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, proporcionando la más amplia y fácil gama de pruebas disponibles 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, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, 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, Volume 9, Issue 5, May 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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