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AR Categoria: Indentação | Resistência ao Rendimento e Fadiga
Rendimento e resistência à tração do aço e do alumínio
Importância da Resistência ao Rendimento e da Medição da Resistência à Tração Final usando a Indentação
Tradicionalmente, a Resistência ao Rendimento e a Resistência à Tração Final têm sido testadas usando uma grande máquina de teste de tração que requer uma enorme resistência para separar amostras de teste. É caro e demorado usinar adequadamente muitos cupons de teste para um material onde cada amostra só pode ser testada uma vez. Pequenos defeitos na amostra criam uma variação perceptível nos resultados de teste. Configurações e alinhamentos diferentes dos testadores de tração no mercado muitas vezes resultam em variações substanciais na mecânica e nos resultados dos testes.
O inovador método de indentação da Nanovea fornece diretamente valores de Resistência ao Rendimento e Resistência à Tensão Final comparáveis aos valores medidos por testes de tração convencionais. Esta medição abre um novo reino de possibilidades de testes para todas as indústrias. A configuração experimental simples reduz significativamente o tempo e o custo de preparação da amostra em comparação com a forma complexa do cupom necessário para os testes de tração. São possíveis medições múltiplas em uma única amostra com um pequeno tamanho de indentação. Evita a influência de defeitos observados em cupons de teste de tração criados durante a usinagem da amostra. As medições YS e UTS em pequenas amostras em área localizada permitem o mapeamento e detecção local de defeitos em tubulações ou estruturas automotivas.
Objetivo da medição
Nesta aplicação, a Nanovea Testador Mecânico mede a resistência ao escoamento e a resistência à tração final de amostras de liga metálica de aço inoxidável SS304 e alumínio Al6061. As amostras foram escolhidas por seus valores comumente reconhecidos de resistência ao escoamento e resistência à tração final, mostrando a confiabilidade dos métodos de indentação da Nanovea.
Procedimento e procedimentos de teste
Os testes de resistência ao escoamento e resistência à tração final foram realizados no Nanovea Mechanical Tester na Microindentação modo. Uma ponta de diamante cilíndrica e plana de 200 μm de diâmetro foi usada para essa aplicação. As ligas SS304 e Al6061 foram selecionadas por sua ampla aplicação industrial e pelos valores comumente reconhecidos de resistência ao escoamento e resistência à tração final, a fim de mostrar o grande potencial e a confiabilidade do método de indentação. As amostras foram polidas mecanicamente até um acabamento espelhado antes do teste para evitar a influência da rugosidade da superfície ou de defeitos nos resultados do teste. As condições de teste estão listadas na Tabela 1. Mais de dez testes foram realizados em cada amostra para garantir a repetibilidade dos valores de teste.
Resultados e Discussão
As curvas de carga-deslocamento das amostras de liga SS304 e Al6061 são mostradas na Figura 3 com as marcas de indentação plana no interior das amostras de teste. A análise da curva de carga em forma de "S", utilizando algoritmos especiais desenvolvidos pela Nanovea, calcula a Resistência ao Rendimento e a Resistência à Tensão Final. Os valores são calculados automaticamente pelo software, conforme resumido na Tabela 1. Os valores da Resistência ao Rendimento e da Resistência à Tensão Final obtidos por testes de tração convencionais são listados para comparação.
Conclusão
Neste estudo, demonstramos a capacidade do Nanovea Mechanical Tester em avaliar a resistência ao escoamento e a resistência à tração final de amostras de chapas de aço inoxidável e liga de alumínio. A configuração experimental simples reduz significativamente o tempo e o custo de preparação de amostras necessárias para testes de tração. O pequeno tamanho do recuo torna possível realizar múltiplas medições em uma única amostra. Este método permite medições YS/UTS em pequenas amostras e áreas localizadas, fornecendo uma solução para mapeamento YS/UTS e detecção de defeitos locais de dutos ou estrutura automática.
Todos os módulos Nano, Micro ou Macro do Testador Mecânico Nanovea incluem modos de teste de indentação, desgaste e desgaste em conformidade com ISO e ASTM, fornecendo a gama de testes mais ampla e fácil de usar disponível em um único sistema. A linha incomparável da Nanovea é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades mecânicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou espessos, macios ou duros, incluindo dureza, módulo de Young, tenacidade à fratura, adesão, resistência ao desgaste e muitos outros. Além disso, o perfilador 3D sem contato opcional e o módulo AFM estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de indentação, arranhões e marcas de desgaste, além de outras medições de superfície, como rugosidade.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Nanoindentação Cíclica Medição de tensão-deformação
Nanoindentação Cíclica Medição de tensão-deformação
Saiba mais
A importância da nanoindentação
Medições contínuas de rigidez (CSM) obtidas por nanoindentação revela a relação entre tensão e deformação dos materiais com métodos minimamente invasivos. Ao contrário dos métodos tradicionais de teste de tração, a nanoindentação fornece dados de tensão-deformação em nanoescala sem a necessidade de um instrumento grande. A curva de tensão-deformação fornece informações cruciais sobre o limite entre o comportamento elástico e plástico à medida que a amostra é submetida a cargas crescentes. O CSM oferece a capacidade de determinar a tensão de escoamento de um material sem equipamentos perigosos.
A nanoindentação fornece um método confiável e fácil de usar para investigar rapidamente os dados de tensão-deformação. Além disso, medir o comportamento tensão-deformação na nanoescala torna possível estudar propriedades importantes em revestimentos pequenos e partículas em materiais à medida que estes se tornam mais avançados. A nanoindentação fornece informações sobre limite elástico e resistência ao escoamento, além de dureza, módulo elástico, fluência, resistência à fratura, etc., tornando-o um instrumento de metrologia versátil.
Os dados de tensão-deformação fornecidos pela nanoindentação neste estudo identificam o limite elástico do material enquanto que apenas 1,2 microns vão para a superfície. Utilizamos o CSM para determinar como as propriedades mecânicas dos materiais se desenvolvem à medida que um indentro viaja mais profundamente para dentro da superfície. Isto é especialmente útil em aplicações de filmes finos onde as propriedades podem ser dependentes da profundidade. A nanoindentação é um método minimamente invasivo de confirmação das propriedades do material em amostras de teste.
O teste CSM é útil na medição das propriedades do material em relação à profundidade. Os testes cíclicos podem ser realizados com cargas constantes para determinar propriedades mais complexas do material. Isto pode ser útil para estudar a fadiga ou eliminar o efeito da porosidade para obter um verdadeiro módulo elástico.
Objetivo da medição
Nesta aplicação, o testador mecânico Nanovea utiliza o CSM para estudar dados de dureza e módulo elástico versus profundidade e tensão-deformação em uma amostra padrão de aço. O aço foi escolhido por suas características comumente reconhecidas para exibir o controle e a precisão dos dados de tensão-deformação em nanoescala. Uma ponta esférica com um raio de 5 mícrons foi utilizada para alcançar tensões suficientemente altas além do limite elástico para o aço.
Condições e procedimentos de teste
Foram utilizados os seguintes parâmetros de recuo:
Resultados:
O aumento da carga durante as oscilações proporciona a seguinte profundidade em relação à curva de carga. Mais de 100 oscilações foram conduzidas durante a carga para encontrar os dados de tensão-deformação à medida que o indentro penetra no material.
Determinamos o estresse e a tensão a partir das informações obtidas em cada ciclo. A carga e profundidade máximas em cada ciclo nos permite calcular a tensão máxima aplicada em cada ciclo ao material. A deformação é calculada a partir da profundidade residual em cada ciclo, a partir da descarga parcial. Isto nos permite calcular o raio da impressão residual dividindo o raio da ponta para dar o fator de deformação. O traçado de tensão versus deformação para o material mostra as zonas elásticas e plásticas com a tensão limite elástica correspondente. Nossos testes determinaram a transição entre as zonas elástica e plástica do material a ser cerca de 0,076 tensão com um limite elástico de 1,45 GPa.
Cada ciclo atua como um único travessão para que, à medida que aumentamos a carga, realizamos testes em várias profundidades controladas no aço. Assim, a dureza e o módulo elástico versus profundidade podem ser traçados diretamente a partir dos dados obtidos para cada ciclo.
À medida que o indentro viaja no material, vemos a dureza aumentar e o módulo de elasticidade diminuir.
Conclusão
Mostramos que o testador mecânico Nanovea fornece dados de tensão-deformação confiáveis. A utilização de uma ponta esférica com indentação CSM permite a medição da propriedade material sob maior tensão. A carga e o raio de indentação podem ser alterados para testar vários materiais a profundidades controladas. Os testadores mecânicos Nanovea fornecem estes testes de indentação da faixa sub mN até 400N.
Teste de curva de 3 pontos usando microindentação
Nesta aplicação, a Nanovea Testador Mecânico, em Microindentação é usado para medir a resistência à flexão (usando 3 Point Bend) de várias amostras de haste (massa) para mostrar uma gama de dados. Foram escolhidos 2 diâmetros diferentes para demonstrar as características elásticas e quebradiças. Usando um indentro de ponta plana para aplicar uma carga pontual, determinamos a rigidez (Módulo Young) e identificamos as cargas críticas nas quais a amostra irá se fraturar.
