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AR Catégorie : Indentation | Limite d'élasticité et fatigue
Limite d'élasticité et résistance à la traction de l'acier et de l'aluminium
Importance de la mesure de la limite d'élasticité et de la résistance ultime à la traction par indentation
Traditionnellement, la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction sont testées à l'aide d'une grande machine d'essai de traction qui nécessite une force énorme pour séparer les échantillons d'essai. Il est coûteux et long d'usiner correctement de nombreux coupons d'essai pour un matériau dont chaque échantillon ne peut être testé qu'une seule fois. De petits défauts dans l'échantillon créent une variance notable dans les résultats des tests. Les différentes configurations et alignements des appareils d'essai de traction disponibles sur le marché entraînent souvent des variations substantielles dans les mécanismes d'essai et les résultats.
La méthode innovante d'indentation de Nanovea fournit directement des valeurs de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction comparables aux valeurs mesurées par les essais de traction conventionnels. Cette mesure ouvre un nouveau domaine de possibilités d'essais pour toutes les industries. La simplicité du dispositif expérimental réduit considérablement le temps et le coût de préparation des échantillons par rapport à la forme complexe des coupons requise pour les essais de traction. La petite taille de l'indentation permet d'effectuer plusieurs mesures sur un seul échantillon. Elle évite l'influence des défauts observés dans les coupons d'essai de traction créés lors de l'usinage des échantillons. Les mesures d'YS et d'UTS sur de petits échantillons dans des zones localisées permettent de cartographier et de détecter des défauts locaux dans les pipelines ou les structures automobiles.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique mesure la limite d'élasticité et la résistance à la traction ultime des échantillons d'acier inoxydable SS304 et d'alliage métallique d'aluminium Al6061. Les échantillons ont été choisis pour leurs valeurs de limite d'élasticité et de résistance à la traction communément reconnues, démontrant la fiabilité des méthodes d'indentation de Nanovea.
Procédure d'essai et procédures
Les essais de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction ont été réalisés sur l'appareil d'essai mécanique Nanovea dans le laboratoire de l'Institut de recherche et de développement de l'Union européenne. Microindentation mode. Une pointe cylindrique plate en diamant de 200 μm de diamètre a été utilisée pour cette application. Les alliages SS304 et Al6061 ont été sélectionnés pour leur application industrielle étendue et leurs valeurs de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction communément reconnues, afin de montrer le grand potentiel et la fiabilité de la méthode d'indentation. Les échantillons ont été polis mécaniquement jusqu'à l'obtention d'une finition miroir avant l'essai afin d'éviter que la rugosité de la surface ou les défauts n'influencent les résultats de l'essai. Les conditions d'essai sont énumérées dans le tableau 1. Plus de dix essais ont été réalisés sur chaque échantillon afin de garantir la répétabilité des valeurs d'essai.
Résultats et discussion
Les courbes charge-déplacement des échantillons d'alliage SS304 et Al6061 sont illustrées à la figure 3 avec les empreintes de pénétrateur plat sur les échantillons d'essai en médaillon. L'analyse de la courbe de charge en forme de " S " à l'aide d'algorithmes spéciaux développés par Nanovea permet de calculer la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction. Les valeurs sont automatiquement calculées par le logiciel comme résumé dans le tableau 1. Les valeurs de la limite d'élasticité et de la résistance ultime à la traction obtenues par des essais de traction conventionnels sont indiquées à titre de comparaison.
Conclusion
Dans cette étude, nous avons démontré la capacité du Nanovea Mechanical Tester à évaluer la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction d'échantillons de feuilles en acier inoxydable et en alliage d'aluminium. La simplicité du dispositif expérimental réduit considérablement le temps et le coût de la préparation des échantillons nécessaires aux essais de traction. La petite taille de l'indentation permet d'effectuer plusieurs mesures sur un seul échantillon. Cette méthode permet de mesurer les YS/UTS sur de petits échantillons et des zones localisées, offrant ainsi une solution pour la cartographie des YS/UTS et la détection des défauts locaux des pipelines ou des structures automobiles.
Les modules Nano, Micro ou Macro du testeur mécanique Nanovea incluent tous des modes de test d'indentation, de rayures et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible dans un seul système. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer toute la gamme des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs, y compris la dureté, le module d'Young, la ténacité à la rupture, l'adhésion, la résistance à l'usure et bien d'autres. De plus, un profileur 3D sans contact et un module AFM en option sont disponibles pour l'imagerie 3D haute résolution de l'indentation, des rayures et des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Mesure de la contrainte-déformation par nanoindentation cyclique
Mesure de la contrainte-déformation par nanoindentation cyclique
En savoir plus
Importance de la nanoindentation
Mesures continues de la rigidité (CSM) obtenues par nanoindentation révèle la relation contrainte-déformation des matériaux à l'aide de méthodes peu invasives. Contrairement aux méthodes traditionnelles d'essai de traction, la nanoindentation fournit des données sur la contrainte et la déformation à l'échelle nanométrique sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un instrument de grande taille. La courbe contrainte-déformation fournit des informations cruciales sur le seuil entre le comportement élastique et plastique lorsque l'échantillon est soumis à des charges croissantes. Le CSM permet de déterminer la limite d'élasticité d'un matériau sans équipement dangereux.
La nanoindentation offre une méthode fiable et conviviale pour étudier rapidement les données de contrainte-déformation. En outre, la mesure du comportement contrainte-déformation à l'échelle nanométrique permet d'étudier des propriétés importantes sur de petits revêtements et particules dans des matériaux de plus en plus perfectionnés. La nanoindentation fournit des informations sur la limite élastique et la limite d'élasticité en plus de la dureté, du module d'élasticité, du fluage, de la résistance à la rupture, etc., ce qui en fait un instrument de métrologie polyvalent.
Les données de contrainte-déformation fournies par la nanoindentation dans cette étude identifient la limite élastique du matériau tout en ne pénétrant que de 1,2 micron dans la surface. Nous utilisons la MSC pour déterminer comment les propriétés mécaniques des matériaux évoluent lorsqu'un pénétrateur pénètre plus profondément dans la surface. Ceci est particulièrement utile dans les applications de films minces où les propriétés peuvent dépendre de la profondeur. La nanoindentation est une méthode peu invasive pour confirmer les propriétés des matériaux dans les échantillons d'essai.
L'essai CSM est utile pour mesurer les propriétés des matériaux en fonction de la profondeur. Des essais cycliques peuvent être effectués à des charges constantes pour déterminer des propriétés plus complexes du matériau. Cela peut être utile pour étudier la fatigue ou éliminer l'effet de la porosité pour obtenir le véritable module d'élasticité.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le testeur mécanique Nanovea utilise la MSC pour étudier la dureté et le module d'élasticité en fonction de la profondeur et des données de contrainte-déformation sur un échantillon d'acier standard. L'acier a été choisi pour ses caractéristiques communément reconnues afin de montrer le contrôle et la précision des données de contrainte-déformation à l'échelle nanométrique. Une pointe sphérique d'un rayon de 5 microns a été utilisée pour atteindre des contraintes suffisamment élevées au-delà de la limite élastique de l'acier.
Conditions et procédures d'essai
Les paramètres d'indentation suivants ont été utilisés :
Résultats :
L'augmentation de la charge pendant les oscillations fournit la courbe de profondeur en fonction de la charge suivante. Plus de 100 oscillations ont été effectuées pendant le chargement pour trouver les données de contrainte-déformation lorsque le pénétrateur pénètre dans le matériau.
Nous avons déterminé la contrainte et la déformation à partir des informations obtenues à chaque cycle. La charge et la profondeur maximales à chaque cycle nous permettent de calculer la contrainte maximale appliquée à chaque cycle sur le matériau. La déformation est calculée à partir de la profondeur résiduelle à chaque cycle provenant du déchargement partiel. Cela nous permet de calculer le rayon de l'empreinte résiduelle en divisant le rayon de la pointe pour obtenir le facteur de déformation. Le tracé de la contrainte en fonction de la déformation pour le matériau montre les zones élastique et plastique avec la contrainte limite élastique correspondante. Nos tests ont déterminé que la transition entre les zones élastique et plastique du matériau se situe autour de 0,076 déformation avec une limite élastique de 1,45 GPa.
Chaque cycle agit comme une empreinte unique. Ainsi, à mesure que nous augmentons la charge, nous effectuons des tests à différentes profondeurs contrôlées dans l'acier. Ainsi, la dureté et le module d'élasticité en fonction de la profondeur peuvent être tracés directement à partir des données obtenues pour chaque cycle.
Au fur et à mesure que le pénétrateur pénètre dans le matériau, la dureté augmente et le module d'élasticité diminue.
Conclusion
Nous avons montré que le testeur mécanique Nanovea fournit des données de contrainte-déformation fiables. L'utilisation d'une pointe sphérique avec indentation CSM permet de mesurer les propriétés des matériaux sous une contrainte accrue. La charge et le rayon de l'indentation peuvent être modifiés pour tester divers matériaux à des profondeurs contrôlées. Les testeurs mécaniques Nanovea fournissent ces essais d'indentation de la gamme sub-mN à 400N.
Essai de flexion à 3 points par microindentation
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique, dans Microindentation est utilisé pour mesurer la résistance à la flexion (à l'aide du pliage en 3 points) d'échantillons de tiges de différentes tailles (pâtes) afin de présenter une gamme de données. Deux diamètres différents ont été choisis pour démontrer les caractéristiques élastiques et fragiles. En utilisant un pénétrateur à pointe plate pour appliquer une charge ponctuelle, nous déterminons la rigidité (module de Young) et identifions les charges critiques auxquelles l'échantillon se fracture.
