Problemática en la determinación de módulo elástico y dureza de materiales cerámicos de alta rigidez mediante indentación

Abstract

En este trabajo se han realizado ensayos de indentación instrumentada sobre dos materiales cerámicos empleando indentadores Berkovich y esférico a diferentes cargas máximas. Se ha determinado su dureza y el módulo de elasticidad a partir del análisis de las curvas carga-desplazamiento con el método de Oliver y Pharr. Se ha observado que los valores de ambas propiedades cambian con el tamaño de la indentación. Sin embargo, estas variaciones dependen de diversos factores como el efecto del tamaño de la indentación, la rigidez del material indentado y la geometría del indentador. Con el fin de acotar el efecto que la deformación del indentador tiene sobre las tendencias observadas, se han realizado simulaciones por elementos finitos del ensayo de indentación sobre un material elástico lineal con las propiedades del material cerámico más rígido estudiado (carburo de Boro) y analizando los casos de indentador rígido y elástico. Palabras clave: Nanoindentación, propiedades mecánicas, materiales cerámicos The problem of determining Young´s modulus and hardness of high stiff ceramics by nanoindentation Sensing indentation tests at different maximum loads were carried out on two crystalline ceramic materials using Berkovich and spherical indenters. Hardness and Young´s modulus were estimated from load-displacement curves through Oliver and Pharr method. Values from mechanical properties change with the penetration depth depending on indentation size, material stiffness and geometry of the indenter. To estimate the indenter deformation effect, finite elements simulations were developed to simulate the indentation process on an elastic material with the properties of the stiffer material (Boron carbide).