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Material multifásico usando Nanoindentação NANOVEA

Nanoindentação Metálica Multifásica

Estudo Metalúrgico de Material Multifásico utilizando Nanoindentação

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ESTUDO DA METALURGIA
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

UTILIZANDO A NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

DUANJIE LIPhD & ALEXIS CELESTIN

INTRODUÇÃO

A metalurgia estuda o comportamento físico e químico dos elementos metálicos, bem como seus compostos intermetálicos e ligas. Os metais que passam por processos de trabalho, tais como fundição, forjamento, laminação, extrusão e usinagem, experimentam mudanças em suas fases, microestrutura e textura. Estas mudanças resultam em propriedades físicas variadas, incluindo dureza, resistência, tenacidade, ductilidade e resistência ao desgaste do material. A metalografia é freqüentemente aplicada para aprender o mecanismo de formação de tais fases específicas, microestrutura e textura.

IMPORTÂNCIA DA MECÂNICA LOCAL PROPRIEDADES PARA PROJETO DE MATERIAIS

Os materiais avançados geralmente têm várias fases em uma microestrutura e textura especiais para atingir as propriedades mecânicas desejadas para aplicações-alvo na prática industrial. Nanoindentação é amplamente aplicado para medir o comportamento mecânico de materiais em pequenas escalas i ii. Entretanto, é desafiador e demorado selecionar com precisão locais específicos para indentação em uma área muito pequena. Um procedimento confiável e fácil de usar de testes de nanoindentação é exigido para determinar as propriedades mecânicas de diferentes fases de um material com alta precisão e medições oportunas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, medimos as propriedades mecânicas de uma amostra metalúrgica multifásica utilizando o Mais Poderoso Testador Mecânico: o NANOVEA PB1000.

Aqui, mostramos a capacidade do PB1000 em realizar medições de nanoindentação em múltiplas fases (grãos) de uma grande superfície de amostra com alta precisão e facilidade de uso, utilizando nosso Controlador de Posição Avançado.

NANOVEA

PB1000

nanoindenter e testador de arranhões Nanovea PB1000
CONDIÇÕES DE TESTE

Neste estudo, utilizamos uma amostra metalúrgica com múltiplas fases. A amostra tinha sido polida até um acabamento de superfície semelhante a um espelho antes dos testes de recuo. Quatro fases foram identificadas na amostra, a saber: FASE 1, FASE 2, FASE 3 e FASE 4, como mostrado abaixo.

O Controlador Avançado de Estágio é uma ferramenta intuitiva de navegação por amostragem que ajusta automaticamente a velocidade do movimento da amostra sob o microscópio ótico com base na posição do mouse. Quanto mais distante o mouse estiver do centro do campo de visão, mais rápido o estágio se move em direção à direção do mouse. Isto proporciona um método de fácil utilização para navegar por toda a superfície da amostra e selecionar o local pretendido para os testes mecânicos. As coordenadas dos locais de teste são salvas e numeradas, juntamente com suas configurações de teste individuais, tais como cargas, taxa de carga/descarga, número de testes em um mapa, etc. Tal procedimento de teste permite aos usuários examinar uma grande superfície de amostra para áreas específicas de interesse para indentação e realizar todos os testes de indentação em diferentes locais ao mesmo tempo, tornando-a uma ferramenta ideal para testes mecânicos de amostras metalúrgicas com múltiplas fases.

Neste estudo, localizamos as fases específicas da amostra sob o microscópio ótico integrado no NANOVEA Testador Mecânico, conforme numerado em FIGURA 1. As coordenadas dos locais selecionados são salvas, seguidas por testes automáticos de nanoindentação todos de uma só vez sob as condições de teste resumidas abaixo

FIGURA 1: SELECIONANDO O LOCAL DE NANOINDENTAÇÃO NA SUPERFÍCIE DA AMOSTRA.
RESULTADOS: NANOINDENTAÇÕES EM DIFERENTES FASES

As reentrâncias nas diferentes fases da amostra são exibidas abaixo. Demonstramos que o excelente controle de posição da fase da amostra na NANOVEA Testador Mecânico permite que os usuários identifiquem com precisão o local de destino para testes de propriedades mecânicas.

As curvas representativas de carga-deslocamento das reentrâncias são mostradas em FIGURA 2e a dureza correspondente e o módulo de Young calculado pelo método Oliver e Pharriii são resumidos e comparados em FIGURA 3.


O FASES 1, 2, 3 e 4 possuem uma dureza média de ~5,4, 19,6, 16,2 e 7,2 GPa, respectivamente. O tamanho relativamente pequeno para FASE 2 contribui para seu maior desvio padrão da dureza e dos valores do módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS DE CARGA-DESLOCAMENTO
DAS NANOINDENTAÇÕES

FIGURA 3: DUREZA E MÓDULO DE JOVENS DE DIFERENTES FASES

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos o NANOVEA Mechanical Tester realizando medições de nanoindentação em várias fases de uma grande amostra metalúrgica utilizando o Advanced Stage Controller. O controle preciso da posição permite aos usuários navegar facilmente por uma grande superfície de amostra e selecionar diretamente as áreas de interesse para as medições de nanoindentação.

As coordenadas de localização de todas as reentrâncias são salvas e então executadas consecutivamente. Tal procedimento de teste torna a medição das propriedades mecânicas locais em pequenas escalas, por exemplo, a amostra de metal multifásica neste estudo, substancialmente menos demorada e mais fácil de usar. As duras FASES 2, 3 e 4 melhoram as propriedades mecânicas da amostra, possuindo uma dureza média de ~19,6, 16,2 e 7,2 GPa, respectivamente, em comparação com ~5,4 GPa para a FASE 1.

Os módulos Nano, Micro ou Macro do instrumento incluem todos os modos de teste ISO e ASTM, de indentação, de raspagem e de desgaste, proporcionando a gama de testes mais ampla e mais amigável disponível em um único sistema. A gama inigualável do NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research., Volume 19, Número 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volume 9, Edição 5, Maio de 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Número 6, junho de 1992, pp.1564-1583

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