Wyznaczanie parametrów materiałowych przy użyciu testu oprzyrządowanej twardości

Z artykułu dowiesz się:

• czym jest test oprzyrządowiałej twardości;
• jak przeprowadzić taki test;
• jakie parametry pozwala uzyskać i jaka jest jego dokładność.

Brak możliwości wykonania testu mechanicznego na maszynie wytrzymałościowej nie oznacza niemożności wyznaczenia parametrów materiałowych. W przypadku cienkiej warstwy można skorzystać z innych metod.

Metody badania twardości są szeroko znane i stosowane w wielu dziedzinach inżynierii. Jednymi z najczęściej stosowanych są metody statyczne: Brinella, Rockwella a także Vickersa, których korzenie sięgają początków XX wieku. Metody takie w standardowej wersji pozwalają na określenie twardości materiału w skali makro. Częstokroć spotykanym problemem jest jednak także określenie właściwości mechanicznych cienkich warstw przy powierzchni materiału.

Obecność cienkich warstw przypowierzchniowych może być związana np. z naniesioną powłoką lub też zmianą warstwy powierzchniowej na skutek różnorakich procesów, takich jak: obróbka cieplna [1], nawęglanie, azotowanie [2] czy też implantacja jonami [3, 4]. W latach 70. XX w. opracowano test oprzyrządowanej mikro- i nanotwardości (ang. instrumented micro- and nanoindentation), w którym wynikiem zamiast jednej wartości siły i zagłębienia jest wykres siła – zagłębienie, por. rys. 1. Na podstawie takiego wyniku można bezpośrednio wyliczyć twardość materiału dla różnych zagłębień, a także moduł Younga. Do tego ostatniego wymagane jest użycie krzywej przy odciążeniu (jak pokazano na rys. 1). Przy użyciu testu oprzyrządowanej nanotwardości możliwe jest także wyznaczanie innych parametrów materiałowych, np. opisujących umocnienie plastyczne, co będzie omówione w dalszej części artykułu.