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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.

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