O Líder Mundial em Ensaios Micro Mecânicos

AGORA O LÍDER MUNDIAL

TESTES MICRO MECÂNICOS

Preparado por

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

Os Micro Hardness Testers Vickers padrão têm uma carga útil de 10 a 2000 gramas de força (gf). Os Macroduradores Vickers padrão carregam de 1 a 50 Kgf. Estes instrumentos não são apenas muito limitados na faixa de cargas, mas também são imprecisos ao lidar com superfícies mais ásperas ou cargas baixas quando os recuos se tornam muito pequenos para serem medidos visualmente. Estas limitações são intrínsecas à tecnologia mais antiga e, como resultado, o indentação instrumentada está se tornando a escolha padrão devido à maior precisão e desempenho que ela traz.

Com Os sistemas de testes micro mecânicos líderes mundiais da NANOVEA, a dureza Vickers é calculada automaticamente a partir dos dados de profundidade versus carga com a maior faixa de carga em um único módulo já disponível (0,3 gramas a 2 Kg ou 6 gramas a 40 Kg). Como mede a dureza a partir da profundidade versus curvas de carga, o NANOVEA Micro Module pode medir qualquer tipo de material, inclusive os muito elásticos. Ele também pode fornecer não apenas a dureza Vickers, mas também dados precisos do módulo elástico e da fluência, além de outros tipos de teste, como testes de aderência de arranhões, desgaste, teste de fadiga, resistência ao escoamento e resistência à fratura para uma gama completa de dados de controle de qualidade.

AGORA O LÍDER MUNDIAL EM TESTES MICRO MECÂNICOS

Nesta nota de aplicações, será explicado como o Micro Module foi projetado para oferecer os principais testes de indentação e de arranhões instrumentais do mundo. A ampla capacidade de teste do Micro Module é ideal para muitas aplicações. Por exemplo, a faixa de carga permite medições precisas de dureza e módulo elástico de revestimentos duros finos e pode então aplicar cargas muito maiores para medir a aderência desses mesmos revestimentos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

A capacidade do Micro Module é mostrada com o NANOVEA CB500 Testador Mecânico por
realizando testes de recuo e arranhão com precisão e confiabilidade superiores, utilizando uma ampla faixa de carga de 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

SAIBA MAIS

CONDIÇÕES DE TESTE

Uma série (3×4, 12 travessões no total) de Microindentações foram realizadas em uma amostra padrão de aço utilizando um indentro Vickers. A carga e a profundidade foram medidas e registradas para o ciclo completo de teste de indentação. As indentações foram realizadas com diferentes cargas máximas variando de 0,03 N a 200 N (0,0031 a 20,4 kgf) para mostrar a capacidade do micro módulo em realizar testes de indentação precisos com diferentes cargas. Vale ressaltar que uma célula de carga opcional de 20 N também está disponível para fornecer uma resolução 10 vezes maior para testes na faixa de carga inferior de 0,3 gf a 2 kgf.

Dois testes de arranhões foram realizados usando o Micro Module com carga linearmente aumentada de 0,01 N a 200 N e de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, usando o estilete diamantado cônico-esférico com raio de ponta de 500 μm e 20 μm.

Vinte Microindentação Foram realizados testes na amostra padrão de aço a 4 N, demonstrando a repetibilidade superior dos resultados do Micro Module, que contrastam com o desempenho dos testadores de dureza Vickers convencionais.

*microindenter sobre a amostra de aço

PARÂMETROS DE TESTE

do Mapeamento de Indentação

MAPEAMENTO: 3 POR 4 INDENTES

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O novo Micro Module tem uma combinação única de motor Z, célula de carga de alta força e um sensor de profundidade capacitivo de alta precisão. A utilização exclusiva de sensores de profundidade e carga independentes garante alta precisão em todas as condições.

Os testes convencionais de dureza Vickers usam pontas de diamante com base em pirâmide de diamante quadrada que criam reentrâncias em forma de quadrado. Medindo o comprimento médio da diagonal, d, a dureza do Vickers pode ser calculada.

Em comparação, a técnica de indentação instrumentada utilizada pela NANOVEAO Micro Module mede diretamente as propriedades mecânicas a partir das medidas de carga e deslocamento de indentação. Não é necessária nenhuma observação visual do recuo. Isto elimina os erros de processamento de imagem do usuário ou do computador na determinação dos valores d do recuo. O sensor de profundidade do capacitor de alta precisão com um nível de ruído muito baixo de 0,3 nm pode medir com precisão a profundidade dos recuos que são difíceis ou impossíveis de serem medidos visualmente sob um microscópio com os tradicionais testadores de dureza Vickers.

Além disso, a técnica de cantilever utilizada pelos concorrentes aplica a carga normal sobre uma viga de cantilever por uma mola, e esta carga é, por sua vez, aplicada sobre o indentro. Tal projeto tem uma falha caso seja aplicada uma carga alta - a viga cantilever não pode fornecer rigidez estrutural suficiente, levando à deformação da viga cantilever e, por sua vez, ao desalinhamento do indentro. Em comparação, o Micro Module aplica a carga normal através do motor Z atuando sobre a célula de carga e, em seguida, o indentro para aplicação direta da carga. Todos os elementos são alinhados verticalmente para máxima rigidez, garantindo reentrâncias e medições precisas de reentrâncias e arranhões em toda a faixa de carga.

Vista de perto do novo Micro Module

RECUO DE 0,03 A 200 N

A imagem do mapa de indentação é exibida em FIGURA 1. A distância entre os dois travessões adjacentes acima de 10 N é de 0,5 mm, enquanto que o de cargas mais baixas é de 0,25 mm. O controle de posição de alta precisão do estágio de amostra permite aos usuários selecionar o local de destino para o mapeamento das propriedades mecânicas. Graças à excelente rigidez do micro módulo devido ao alinhamento vertical de seus componentes, o indentro do Vickers mantém uma perfeita orientação vertical ao penetrar na amostra de aço sob uma carga de até 200 N (400 N opcional). Isto cria impressões de uma forma quadrada simétrica na superfície da amostra com diferentes cargas.

As indentações individuais em diferentes cargas sob o microscópio são exibidas ao lado dos dois riscos, como mostrado no FIGURA 2, para mostrar a capacidade do novo micro módulo em realizar os testes de indentação e de risco em uma ampla faixa de carga com uma alta precisão. Como mostrado nos gráficos de Carga Normal vs. Comprimento do Raspador, a carga normal aumenta linearmente à medida que a ponta diamantada cônico-esférica desliza sobre a superfície da amostra de aço. Ela cria uma raspagem reta suave de largura e profundidade progressivamente aumentadas.

FIGURA 1: Mapa de Indentação

Dois testes de arranhões foram realizados usando o Micro Module com carga linearmente aumentada de 0,01 N a 200 N e de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, usando o estilete diamantado cônico-esférico com raio de ponta de 500 μm e 20 μm.

Vinte testes de Microindentação foram realizados na amostra padrão de aço a 4 N mostrando a repetibilidade superior dos resultados do Micro Module que contrastam o desempenho dos testadores de dureza convencionais Vickers.

A: RECUO E ARRANHÃO SOB O MICROSCÓPIO (360X)

B: RECUO E ARRANHÃO SOB O MICROSCÓPIO (3000X)

FIGURA 2: Lotes de Carga vs Deslocamento em diferentes cargas máximas.

As curvas de carga-deslocamento durante a indentação em diferentes cargas máximas são mostradas em FIGURA 3. A dureza e o módulo elástico são resumidos e comparados no FIGURA 4. A amostra de aço apresenta um módulo elástico constante ao longo da carga de teste variando de 0,03 a 200 N (faixa possível de 0,003 a 400 N), resultando em um valor médio de ~211 GPa. A dureza apresenta um valor relativamente constante de ~6,5 GPa medido sob uma carga máxima acima de 100 N. Como a carga diminui para uma faixa de 2 a 10 N, mede-se uma dureza média de ~9 GPa.

FIGURA 3: Lotes de Carga vs Deslocamento em diferentes cargas máximas.

FIGURA 4: Dureza e módulo de Young da amostra de aço medido por diferentes cargas máximas.

RECUO DE 0,03 A 200 N

Vinte testes de microindentação foram realizados com carga máxima de 4N. As curvas de carga-deslocamento são exibidas em FIGURA 5 e a dureza Vickers resultante e o módulo de Young são mostrados em FIGURA 6.

FIGURA 5: Curvas de carga-deslocamento para testes de microindentação a 4 N.

FIGURA 6: Dureza Vickers e Módulo Young para 20 microindentações a 4 N.

As curvas de carga-deslocamento demonstram a superior repetibilidade do novo Micro Module. O padrão de aço possui uma dureza Vickers de 842±11 HV medida pelo novo Micro Module, comparada a 817±18 HV medida usando o testador de dureza convencional Vickers. O pequeno desvio padrão da medição da dureza garante uma caracterização confiável e reprodutível das propriedades mecânicas na P&D e no controle de qualidade dos materiais, tanto no setor industrial como na pesquisa acadêmica.

Além disso, um Módulo Young de 208±5 GPa é calculado a partir da curva de carga-deslocamento, que não está disponível para o testador de dureza convencional Vickers devido à falta de medição de profundidade durante a indentação. medida que a carga diminui e o tamanho do recuo diminui, o NANOVEA As vantagens do Micro Module em termos de repetibilidade em comparação com o Vickers Hardness Testers aumentam até que não seja mais possível medir o traço através da inspeção visual.

A vantagem de medir a profundidade para calcular a dureza também se torna evidente quando se lida com amostras mais ásperas ou quando as amostras são mais difíceis de serem observadas sob os microscópios padrão fornecidos nos testadores de dureza Vickers.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos como o novo Módulo Micro NANOVEA líder mundial (faixa de 200 N) realiza medições reproduzíveis e precisas de recuo e arranhão sob uma ampla faixa de carga de 0,03 a 200 N (3 gf a 20,4 kgf). Um Micro Module opcional de faixa inferior pode fornecer testes de 0,003 a 20 N (0,3 gf a 2 kgf). O alinhamento vertical único do motor Z, da célula de carga de alta força e do sensor de profundidade garante a máxima rigidez estrutural durante as medições. As reentrâncias medidas em diferentes cargas possuem todas uma forma quadrada simétrica na superfície da amostra. Uma raspagem reta de largura e profundidade progressivamente aumentada é criada no teste de raspagem de uma carga máxima de 200 N.

O novo Micro Module pode ser configurado no PB1000 (150 x 200 mm) ou na base mecânica CB500 (100 x 50 mm) com uma motorização z (faixa de 50 mm). Combinados com um poderoso sistema de câmera (precisão de posicionamento de 0,2 microns) os sistemas oferecem as melhores capacidades de automação e mapeamento do mercado. A NANOVEA também oferece uma função patenteada exclusiva (EP No. 30761530) que permite a verificação e calibração dos travessões Vickers realizando um único traço em toda a gama de cargas. Por outro lado, os Ensaios de Dureza Vickers padrão só podem fornecer calibração com uma única carga.

Além disso, o software NANOVEA permite ao usuário medir a dureza do Vickers através do método tradicional de medir as diagonais de travessão, se necessário (para ASTM E92 & E384). Como mostrado neste documento, os testes de dureza de profundidade versus carga (ASTM E2546 e ISO 14577) realizados por um Micro Módulo NANOVEA são precisos e reprodutíveis em comparação com os Ensaios de Dureza Tradicionais. Especialmente para amostras que não podem ser observadas/medidas com um microscópio.

Em conclusão, a maior precisão e repetibilidade do projeto do Micro Module com sua ampla gama de cargas e testes, alta automação e opções de mapeamento tornam os tradicionais testadores de dureza Vickers obsoletos. Mas, da mesma forma, com os testadores de arranhões e micro arranhões ainda oferecidos atualmente, mas projetados com falhas na década de 1980.

O contínuo desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia faz da NANOVEA uma líder mundial em testes micro mecânicos.

Tem um aplicativo semelhante?

CONVERSE COM UM ESPECIALISTA AGORA

OBTENHA PREÇOS E DETALHES RAPIDAMENTE

Nanoindentação Metálica Multifásica

Estudo Metalúrgico de Material Multifásico utilizando Nanoindentação

Saiba mais

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

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

Tem um aplicativo semelhante?

CONVERSE COM UM ESPECIALISTA AGORA

OBTENHA PREÇOS E DETALHES RAPIDAMENTE

Cerâmica: Mapeamento rápido de nanoindentação para detecção de grãos

INTRODUÇÃO

Nanoindentação tornou-se uma técnica amplamente aplicada para medir comportamentos mecânicos de materiais em pequenas escalas^{i ii}. As curvas de carga-deslocamento de alta resolução de uma medição de nanoindentação podem fornecer uma variedade de propriedades físico-mecânicas, incluindo dureza, módulo de Young, fluência, tenacidade à fratura e muitas outras.

Importância do recuo de mapeamento rápido

Um gargalo significativo para uma maior popularização da técnica de nanoindentação é o consumo de tempo. Um mapeamento de propriedades mecânicas por procedimento convencional de nanoindentação pode facilmente levar horas, o que dificulta a aplicação da técnica em indústrias de produção em massa, como semicondutores, aeroespacial, MEMS, produtos de consumo como revestimentos cerâmicos e muitos outros.

O mapeamento rápido pode ser essencial na indústria de fabricação de revestimentos cerâmicos. Os mapeamentos de dureza e módulo de Young em um único revestimento cerâmico podem apresentar uma distribuição de dados que indica o quão homogênea é a superfície. Regiões mais suaves em um bloco podem ser delineadas neste mapeamento e mostrar locais mais propensos a falhas devido a impactos físicos que acontecem no dia a dia na residência de alguém. Os mapeamentos podem ser feitos em diferentes tipos de ladrilhos para estudos comparativos e em um lote de ladrilhos semelhantes para medir a consistência dos ladrilhos em processos de controle de qualidade. A combinação de configurações de medições pode ser extensa, bem como precisa e eficiente com o método de mapeamento rápido.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, a Nanovea Testador Mecânico, no modo FastMap é usado para mapear as propriedades mecânicas de um piso em altas velocidades. Demonstramos a capacidade do Nanovea Mechanical Tester em realizar dois mapeamentos rápidos de nanoindentação com alta precisão e reprodutibilidade.

Condições de teste

O Nanovea Mechanical Tester foi usado para realizar uma série de nanoindentações com o modo FastMap em um piso usando um penetrador Berkovich. Os parâmetros de teste estão resumidos abaixo para as duas matrizes de recuo criadas.

Tabela 1: Resumo dos parâmetros de teste.

RESULTADOS & DISCUSSÃO 

Figura 1: Visualização 2D e 3D do mapeamento de dureza de 625 recuos.

Figura 2: Micrografia de matriz de 625 travessões mostrando grãos.

Uma matriz de 625 indentações foi conduzida em uma matriz de 0,20mm² área com grande grão visível presente. Este grão (Figura 2) apresentou dureza média inferior à superfície total da telha. O software Nanovea Mechanical permite ao usuário ver o mapa de distribuição de dureza nos modos 2D e 3D, representados na Figura 1. Usando o controle de posição de alta precisão do estágio de amostra, o software permite aos usuários direcionar áreas como essas para obter detalhes em profundidade. mapeamento de propriedades mecânicas.

Figura 3: Visualização 2D e 3D do mapeamento de dureza de 1600 recuos.

Figura 4: Micrografia da matriz de 1600 recuos.

Uma matriz de 1600 recuos também foi criada no mesmo ladrilho para medir a homogeneidade da superfície. Aqui, novamente, o usuário tem a capacidade de ver a distribuição de dureza no modo 3D ou 2D (Figura 3), bem como a imagem microscópica da superfície recortada. Com base na distribuição de dureza apresentada, pode-se concluir que o material é poroso devido à dispersão uniforme dos pontos de dados de alta e baixa dureza.

Comparado aos procedimentos convencionais de nanoindentação, o modo FastMap neste estudo consome substancialmente menos tempo e é mais econômico. Ele permite o mapeamento quantitativo rápido de propriedades mecânicas, incluindo Dureza e Módulo de Young, e fornece uma solução para detecção de grãos e consistência de material, o que é fundamental para o controle de qualidade de uma variedade de materiais na produção em massa.

CONCLUSÃO

Neste estudo, demonstramos a capacidade do Nanovea Mechanical Tester em realizar mapeamento de nanoindentação rápido e preciso usando o modo FastMap. Os mapas de propriedades mecânicas do revestimento cerâmico utilizam o controle de posição (com precisão de 0,2 µm) dos estágios e a sensibilidade do módulo de força para detectar grãos superficiais e medir a homogeneidade de uma superfície em alta velocidade.

Os parâmetros de teste utilizados neste estudo foram determinados com base no tamanho da matriz e do material da amostra. Uma variedade de parâmetros de teste pode ser escolhida para otimizar o tempo total do ciclo de indentação para 3 segundos por indentação (ou 30 segundos para cada 10 indentações).

Todos os módulos Nano e Micro 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.

Autor: Duanjie Li, PhD Revisado por Pierre Leroux e Jocelyn Esparza