Efecto del tamaño de la indentación

{\displaystyle H_{0}} — Se miden valores de dureza más altos a profundidades de indentación menores, que corresponden a áreas de indentación más pequeñas. Se cree que el aumento de la dureza medida es el resultado de dislocaciones geométricamente necesarias. $H_{0}$ es la dureza debida únicamente a las dislocaciones almacenadas estadísticamente sin el impacto de las dislocaciones geométricamente necesarias.

El efecto del tamaño de la indentación (ISE) es la observación de que la dureza tiende a aumentar a medida que el tamaño de la indentación disminuye a escalas pequeñas. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Cuando se crea una indentación (cualquier marca pequeña, pero generalmente hecha con una herramienta especial) durante el ensayo de materiales, la dureza del material no es constante. A pequeña escala, los materiales serán en realidad más duros que a macroescala. Para el efecto del tamaño de la indentación convencional, cuanto menor sea la indentación, mayor será la diferencia de dureza. El efecto se ha observado mediante mediciones de nanoindentación y microindentación a diferentes profundidades. Las dislocaciones aumentan la dureza del material al aumentar la tensión de fluencia a través de mecanismos de bloqueo de dislocaciones. ^{[ 3 ]} Los materiales contienen dislocaciones almacenadas estadísticamente (SSD) que se crean por deformación homogénea y dependen del material y las condiciones de procesamiento. ^{[ 4 ]} Por otro lado, las dislocaciones geométricamente necesarias (GND) se forman, además de las dislocaciones presentes estadísticamente, para mantener la continuidad dentro del material.

Estas dislocaciones geométricamente necesarias (GND) adicionales aumentan aún más la tensión de fluencia en el material y, por lo tanto, la dureza medida. La teoría sugiere que el flujo plástico se ve afectado tanto por la deformación como por la magnitud del gradiente de deformación experimentado en el material. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Las indentaciones más pequeñas presentan gradientes de deformación mayores en relación con el tamaño de la zona plástica y, por consiguiente, tienen una dureza medida mayor en algunos materiales.

A efectos prácticos, este efecto implica que la dureza en los regímenes micro y nano no puede compararse directamente si se mide con cargas diferentes. Sin embargo, la ventaja de este efecto es que puede utilizarse para medir los efectos de los gradientes de deformación en la plasticidad . Se han desarrollado varios modelos de plasticidad nuevos utilizando datos de estudios del efecto del tamaño de la indentación, ^{[ 4 ]} que pueden aplicarse a situaciones de alto gradiente de deformación, como en el caso de películas delgadas. ^{[ 7 ]}

Referencias

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↑ Sargent, PM (1985), "Uso del efecto del tamaño de la indentación en la microdureza para la caracterización de materiales", Técnicas de microindentación en ciencia e ingeniería de materiales , ASTM International, pp. 160–160–15, doi : 10.1520/stp32956s , ISBN 978-0-8031-0441-9
↑ Askeland, Donald R.; Wright, Wendelin J. (2016). La ciencia y la ingeniería de los materiales (Séptima ed.). Boston, MA: Cengage Learning. pp. 111–118 . ISBN 9781305076761OCLC 903959750
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↑ Fischer-Cripps, Anthony C. (2000). Introducción a la mecánica de contacto . Nueva York: Springer. ISBN 0387989145OCLC 41991465
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↑ Voyiadjis, George; Yaghoobi, Mohammadreza (23-10-2017). "Revisión del efecto del tamaño de la nanoindentación: experimentos y simulación atomística" . Crystals . 7 (10): 321. doi : 10.3390/cryst7100321 . ISSN 2073-4352 .

[1] Pharr, George M.; Herbert, Erik G.; Gao, Yanfei (junio de 2010). "El efecto del tamaño de la indentación: un examen crítico de las observaciones experimentales y las interpretaciones mecanicistas". Annual Review of Materials Research . 40 (1): 271– 292. Bibcode : 2010AnRMS..40..271P . doi : 10.1146/annurev-matsci-070909-104456 . ISSN 1531-7331 .

[2] Sargent, PM (1985), "Uso del efecto del tamaño de la indentación en la microdureza para la caracterización de materiales", Técnicas de microindentación en ciencia e ingeniería de materiales , ASTM International, pp. 160–160–15, doi : 10.1520/stp32956s , ISBN 978-0-8031-0441-9

[3] Askeland, Donald R.; Wright, Wendelin J. (2016). La ciencia y la ingeniería de los materiales (Séptima ed.). Boston, MA: Cengage Learning. pp. 111–118 . ISBN 9781305076761OCLC 903959750

[:0-4] 1 2 Nix, William D.; Gao, Huajian (octubre de 1997). "Efectos del tamaño de indentación en materiales cristalinos: una ley para la plasticidad con gradiente de deformación" . Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 46 (3): 411– 425. doi : 10.1016/s0022-5096(97)00086-0 . ISSN 0022-5096 .

[5] Fischer-Cripps, Anthony C. (2000). Introducción a la mecánica de contacto . Nueva York: Springer. ISBN 0387989145OCLC 41991465

[6] Wu, Theodore; Hutchinson, John; Fleck, N (1997). "Plasticidad con gradiente de deformación". Advances in Applied Mechanics . Vol. 33. Elsevier Science. p. 296. ISBN 9780080564111.

[7] Voyiadjis, George; Yaghoobi, Mohammadreza (23-10-2017). "Revisión del efecto del tamaño de la nanoindentación: experimentos y simulación atomística" . Crystals . 7 (10): 321. doi : 10.3390/cryst7100321 . ISSN 2073-4352 .

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