Determining the elastic-plastic properties of metallic materials through instrumented indentation

Abstract

AgradecimientosPrimero, me gustaria agradecer a mis supervisores. Me gustaría expresar mi máximo aprecio hacia mi supervisor Dr. J. Ruiz-Hervias por guiarme y ayudarme durante estos años en el laboratorio. He aprendido de él, no solo en lo estrictamente académico, si no en su generosidad y en su mente positiva hacia la vida. Además, también quería agradecer a mi co-supervisor Dr. M. A. Garrido. Él ha jugado un papel muy significante en el inicio de mi vida académica. Sus ideas y su entusiasmo siempre me inspiraron y me motivaron. Sin su paciencia y su ayuda, nunca hubiera acabado esta tesis. ResumenEn los últimos años, y asociado al desarrollo de la tecnología MEMS, la técnica de indentación instrumentada se ha convertido en un método de ensayo no destructivo ampliamente utilizado para hallar las características elástico-plásticas de recubrimientos y capas delgadas, desde la escala macroscópica a la microscópica. Sin embargo, debido al complejo mecanismo de contacto debajo de la indentación, es urgente proponer un método más simple y conveniente para obtener unos resultados comparables con otras mediciones tradicionales. En este estudio, el objetivo es mejorar el procedimiento analítico para extraer las propiedades elástico-plásticas del material mediante la técnica de indentación instrumentada.La primera parte se centra en la metodología llevada a cabo para medir las propiedades elásticas de los materiales elásticos, presentándose una nueva metodología de indentación, basada en la evolución de la rigidez de contacto y en la curva fuerza-desplazamiento del ensayo de indentación. El método propuesto permite discriminar los valores de indentación experimental que pudieran estar afectados por el redondeo de la punta del indentador. Además, esta técnica parece ser robusta y permite obtener valores fiables del modulo elástico.La segunda parte se centra en el proceso analítico para determinar la curva tensión-deformación a partir del ensayo de indentación, empleando un indentador esférico. Para poder asemejar la curva tension-deformación de indentación con la que se obtendría de un ensayo de tracción, Tabor determinó empíricamente un factor de constricción de la tensión () y un factor de constricción de la deformación (). Sin embargo, la elección del valor de  y  necesitan una derivación analítica. Se describió analíticamente una nueva visión de la relación entre los factores de constricción de tensión y la deformación basado en la deducción de la viii ecuación de Tabor. Un modelo de elementos finitos y un diseño experimental se realizan para evaluar estos factores de constricción. A partir de los resultados obtenidos, las curvas tension-deformación extraidas de los ensayos de indentación esférica, afectadas por los correspondientes factores de constricción de tension y deformación, se ajustaron a la curva nominal tensión-deformación obtenida de ensayos de tracción convencionales.En la última parte, se estudian las propiedades del revestimiento de cermet Inconel 625-Cr 3 C 2 que es depositado en el medio de una a...

Representative Stress-Strain Curve by Spherical Indentation on Elastic-Plastic Materials

“…As noted in literature [32,33,50,51], it is very difficult to make a comparable stress-strain curve with the tensile test in the elastic-plastic transition by Tabor's representative method for the metallic materials with low E/σ y . e FEM simulations also showed that representative stress-strain from Kalidindi's equation led to large deviation for some materials with large transition of the elastic-plastic regime [52]. However, in the study, utilizing the proposed procedure to determine the constraint factors could make a comparable stress-strain curve in the fully plastic regime.…”

Revisiting the procedure for characterising mechanical properties in welded joints through nanoindentation

“…Some recent publications proposed using the two slopes method to determine the of Young's modulus and hardness values [23][24][25]. Experimental results have confirmed that this measurement method could minimise the undesirable contribution of the tip roundness and plasticity effects, and could therefore, provide correct Young's modulus values compared with the traditional Oliver-Pharr method [9,25].…”