Comparison of mechanical properties of surface layers with use of nanoindentation and microindentation tests

Comparación de las propiedades mecánicas de las capas superficiales mediante ensayos de nanoindentación y microindentación

El objetivo de este artículo es comparar diferentes métodos de evaluación de las propiedades mecánicas de las capas superficiales. Las propiedades mecánicas se comprobaron mediante ensayos de nanoindentación y microindentación. En ambos casos se utilizaron diferentes cargas y una velocidad de deformación constante. Para la evaluación de las propiedades mecánicas, se ensayó el acero al cromo-níquel tipo AISI 304, comúnmente utilizado en la industria de la ingeniería mecánica. El conocimiento de las relaciones y diferencias entre las propiedades nano y micromecánicas es necesario para comprender los procesos mecánicos que se producen continuamente en las capas superficiales durante los procesos de corte.

INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo de los modernos métodos de medición [1-5], existe una creciente demanda de investigación sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de las capas superficiales de los materiales.

La tendencia viene dada por los crecientes requisitos de calidad en las aplicaciones de ingeniería (calidad fi nal de las superficies preparadas, tribología, carga de contacto, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, etc.). Los ensayos de nanoindentación y microindentación representan una herramienta importante para la evaluación de las propiedades mecánicas de las capas superficiales. Estas técnicas de medición se basan en el principio del registro inmediato de la carga durante la penetración de una punta de indentación en la superficie de un material (figura 1). Basándose en la geometría conocida de la punta de indentación, es posible determinar el módulo de elasticidad y la dureza de las capas superficiales.

Los penetradores Berkovich y Vickers son los más utilizados en los experimentos de penetración. El penetrador Berkovich es una pirámide de tres lados con la misma relación de profundidad que la pirámide Vickers de cuatro lados. En la figura 2 se muestra la geometría típica de ambos penetradores. La relación geométrica entre los penetradores se indica en la tabla 1.

Se utilizó la metodología de Oliver y Pharr para evaluar la dureza y la elasticidad de la indentación. La dureza puede calcularse utilizando la siguiente fórmula para un penetrador Berkovich [1]:

​$H_{INT} = frac{P_{max}}{A(h_c)}$,   (1)