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AR Categoria: Indentazione | Resistenza allo snervamento e alla fatica
Resistenza allo snervamento e alla trazione di acciaio e alluminio
Importanza della misurazione del carico di snervamento e del carico di rottura con l'indentazione
Tradizionalmente, il carico di snervamento e il carico di rottura sono stati testati utilizzando una macchina per prove di trazione di grandi dimensioni, che richiede una forza enorme per staccare i campioni di prova. È costoso e dispendioso in termini di tempo lavorare adeguatamente molti tagliandi di prova per un materiale in cui ogni campione può essere testato solo una volta. Piccoli difetti nel campione creano una notevole variazione nei risultati delle prove. Le diverse configurazioni e allineamenti dei tester di trazione presenti sul mercato spesso comportano variazioni sostanziali nella meccanica e nei risultati delle prove.
L'innovativo metodo di indentazione di Nanovea fornisce direttamente valori di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione finale paragonabili ai valori misurati dai test di trazione convenzionali. Questa misurazione apre un nuovo campo di possibilità di test per tutti i settori industriali. Il semplice setup sperimentale riduce significativamente i tempi e i costi di preparazione dei campioni rispetto alla complessa forma delle cedole richiesta per le prove di trazione. Grazie alle dimensioni ridotte dell'indentazione, è possibile eseguire più misure su un singolo campione. Questo sistema evita l'influenza dei difetti che si riscontrano nelle cedole per prove di trazione create durante la lavorazione del campione. Le misure di YS e UTS su piccoli campioni in aree localizzate consentono la mappatura e l'individuazione di difetti locali in tubazioni o strutture auto.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione, il sistema Nanovea Collaudatore meccanico misura il carico di snervamento e il carico di rottura a trazione di campioni di acciaio inossidabile SS304 e lega metallica di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i valori di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Procedura di test e procedure
Le prove di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione finale sono state eseguite con il tester meccanico Nanovea nel Microindentazione modalità. Per questa applicazione è stata utilizzata una punta di diamante cilindrica piatta di 200 μm di diametro. Le leghe SS304 e Al6061 sono state selezionate per la loro vasta applicazione industriale e per i valori di resistenza allo snervamento e resistenza alla trazione finale comunemente riconosciuti, al fine di dimostrare il grande potenziale e l'affidabilità del metodo di indentazione. I campioni sono stati lucidati meccanicamente a specchio prima delle prove per evitare che la rugosità della superficie o i difetti influenzassero i risultati. Le condizioni di prova sono elencate nella Tabella 1. Sono state eseguite più di dieci prove su ciascun campione per garantire la ripetibilità dei valori di prova.
Risultati e discussione
Le curve di carico-spostamento dei campioni di lega SS304 e Al6061 sono mostrate nella Figura 3 con le impronte del penetratore piatto sui campioni di prova. L'analisi della curva di carico a forma di "S", utilizzando speciali algoritmi sviluppati da Nanovea, calcola il carico di snervamento e il carico di rottura. I valori sono calcolati automaticamente dal software, come riassunto nella Tabella 1. I valori di Yield Strength e Ultimate Tensile Strength ottenuti con prove di trazione convenzionali sono elencati per confronto.
Conclusione
In questo studio, abbiamo mostrato la capacità del Nanovea Mechanical Tester nel valutare la resistenza allo snervamento e la resistenza alla trazione finale di campioni di fogli di acciaio inossidabile e leghe di alluminio. La semplice configurazione sperimentale riduce significativamente i tempi e i costi per la preparazione dei campioni necessari per le prove di trazione. La dimensione ridotta della rientranza consente di eseguire misurazioni multiple su un singolo campione. Questo metodo consente misurazioni YS/UTS su piccoli campioni e aree localizzate, fornendo una soluzione per la mappatura YS/UTS e il rilevamento locale dei difetti di tubazioni o strutture automobilistiche.
I moduli Nano, Micro o Macro del Nanovea Mechanical Tester includono tutti modalità di test di indentazione, graffiatura e usura conformi ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e intuitiva disponibile in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molti altri. Inoltre, sono disponibili un profilatore 3D senza contatto opzionale e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di rientranze, graffi e tracce di usura oltre ad altre misurazioni superficiali come la rugosità.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Misurazione ciclica di stress e deformazione mediante nanoindentazione
Misurazione ciclica di stress e deformazione mediante nanoindentazione
Per saperne di più
Importanza della nanoindentazione
Misure di rigidità continue (CSM) ottenute da nanoindentazione rivela la relazione sforzo-deformazione dei materiali con metodi minimamente invasivi. A differenza dei metodi tradizionali di prova di trazione, la nanoindentazione fornisce dati di sollecitazione-deformazione su scala nanometrica senza la necessità di uno strumento di grandi dimensioni. La curva sforzo-deformazione fornisce informazioni cruciali sulla soglia tra comportamento elastico e plastico quando il campione è soggetto a carichi crescenti. Il CSM consente di determinare la tensione di snervamento di un materiale senza l'ausilio di apparecchiature pericolose.
La nanoindentazione offre un metodo affidabile e facile da usare per studiare rapidamente i dati di sollecitazione-deformazione. Inoltre, la misurazione del comportamento sforzo-deformazione su scala nanometrica consente di studiare importanti proprietà su piccoli rivestimenti e particelle nei materiali in via di perfezionamento. La nanoindentazione fornisce informazioni sul limite elastico e sul carico di snervamento, oltre a durezza, modulo elastico, creep, tenacità alla frattura, ecc. e ciò la rende uno strumento metrologico versatile.
I dati di sollecitazione-deformazione forniti dalla nanoindentazione in questo studio identificano il limite elastico del materiale pur penetrando solo 1,2 micron nella superficie. Utilizziamo la CSM per determinare come si sviluppano le proprietà meccaniche dei materiali man mano che un penetratore si spinge in profondità nella superficie. Ciò è particolarmente utile nelle applicazioni con film sottili, dove le proprietà possono dipendere dalla profondità. La nanoindentazione è un metodo minimamente invasivo per confermare le proprietà dei materiali nei campioni di prova.
Il test CSM è utile per misurare le proprietà del materiale in funzione della profondità. È possibile eseguire prove cicliche a carichi costanti per determinare proprietà più complesse del materiale. Ciò può essere utile per studiare la fatica o eliminare l'effetto della porosità per ottenere il vero modulo elastico.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea utilizza il CSM per studiare la durezza e il modulo elastico in funzione della profondità e dei dati di sollecitazione-deformazione su un campione di acciaio standard. L'acciaio è stato scelto per le sue caratteristiche comunemente riconosciute per mostrare il controllo e l'accuratezza dei dati di sollecitazione-deformazione su scala nanometrica. È stata utilizzata una punta sferica con un raggio di 5 micron per raggiungere sollecitazioni sufficientemente elevate oltre il limite elastico dell'acciaio.
Condizioni e procedure di prova
Sono stati utilizzati i seguenti parametri di indentazione:
Risultati:
L'aumento del carico durante le oscillazioni fornisce la seguente curva di profondità rispetto al carico. Sono state condotte oltre 100 oscillazioni durante il carico per trovare i dati di sollecitazione-deformazione man mano che il penetratore penetra nel materiale.
Abbiamo determinato le sollecitazioni e le deformazioni in base alle informazioni ottenute ad ogni ciclo. Il carico massimo e la profondità ad ogni ciclo ci permettono di calcolare la sollecitazione massima applicata al materiale in ogni ciclo. La deformazione è calcolata in base alla profondità residua ad ogni ciclo, a seguito dello scarico parziale. Questo ci permette di calcolare il raggio dell'impronta residua dividendo il raggio della punta per ottenere il fattore di deformazione. Il grafico delle sollecitazioni rispetto alle deformazioni del materiale mostra le zone elastiche e plastiche con le corrispondenti sollecitazioni elastiche limite. I nostri test hanno determinato che la transizione tra le zone elastiche e plastiche del materiale è di circa 0,076 deformazioni con un limite elastico di 1,45 GPa.
Ogni ciclo agisce come una singola rientranza, per cui, aumentando il carico, si eseguono prove a varie profondità controllate nell'acciaio. In questo modo, la durezza e il modulo elastico in funzione della profondità possono essere tracciati direttamente dai dati ottenuti per ogni ciclo.
Man mano che il penetratore penetra nel materiale, la durezza aumenta e il modulo elastico diminuisce.
Conclusione
Abbiamo dimostrato che il tester meccanico Nanovea fornisce dati affidabili sulla sollecitazione-deformazione. L'uso di una punta sferica con indentazione CSM consente di misurare le proprietà del materiale in condizioni di maggiore stress. Il carico e il raggio del penetratore possono essere modificati per testare vari materiali a profondità controllate. I tester meccanici Nanovea consentono di eseguire test di indentazione da una gamma di mN a 400N.
Test di piegatura a 3 punti mediante microindentazione
In questa applicazione, il sistema Nanovea Collaudatore meccanico, In Microindentazione viene utilizzata per misurare la resistenza alla flessione (utilizzando la piegatura a 3 punti) di campioni di barre di varie dimensioni (pasta) per mostrare una gamma di dati. Sono stati scelti 2 diametri diversi per dimostrare le caratteristiche elastiche e di fragilità. Utilizzando un penetratore a punta piatta per applicare un carico puntiforme, si determina la rigidità (modulo di Young) e si identificano i carichi critici a cui il campione si frattura.
