Articulo de revista

REVISTA DE METALURGIA, 44 (1)
ENERO-FEBRERO, 52-65, 2008
ISSN: 0034-8570

M e d i c i ó n d e l m ó d u l o d e e l a s t i c i d a d e n m a t e r i a l e s d e i n g en ier ía
uti li z ando l a téc nic a de i ndentac ión ins trumentada y de ul tras on i d o(•)
J.M. Meza*, E. E. Franco**, M. C. M. Farias***, F. Buiochi**, R. M. Souza*** y J. Cruz*
Resumen

Dos de las técnicas empleadas,actualmente, para la medición del módulo de elasticidad de los materiales son la de ultrasonido y la de indentación instrumentada. En este artículo se exponen y discuten los principios fundamentales y
las limitaciones de estas técnicas. También, se documentan los grandes avances que ha sufrido la técnica de indentación instrumentada en años recientes. Además, se llevó a cabo un estudio experimental en unaamplia gama de materiales cerámicos, metálicos monocristalinos, policristalinos, amorfos y compuestos. Los resultados muestran gran
concordancia entre los valores obtenidos por la técnica de ultrasonido y los descritos en la literatura. Sin embargo, para algunas muestras de tamaño pequeño y monocristalinas no fue posible medir su módulo de elasticidad mediante ultrasonido. Por otra parte, latécnica de indentación instrumentada estima razonablemente los valores del módulo de
elasticidad, particularmente en materiales amorfos, mientras que en algunas aleaciones policristalinas se obtuvo una
mayor desviación frente a los valores medidos por ultrasonido.

Pa l a b ra s clav e

Propiedades mecánicas. Ultrasonidos. Nanoindentación. Indentación instrumentada. Coeficiente de Poisson. Módulo
deelasticidad.

U s i n g t h e u l t r a s o u n d a n d i n s t r u m e n t e d i n d e n t a t i o n t e chn i q u e s t o m e a s u r e
the el as ti c mo dul us of en gin eeri ng mate ria ls
A b st ra ct

Currently, the acoustic and nanoindentation techniques are two of the most used techniques for material elastic
modulus measurement. In this article fundamental principles and limitations of bothtechniques are shown and
discussed. Last advances in nanoindentation technique are also reviewed. An experimental study in ceramic, metallic,
composite and single crystals was also done. Results shown that ultrasonic technique is capable to provide results
in agreement with those reported in literature. However, ultrasonic technique does not allow measuring the elastic
modulus of some smallsamples and single crystals. On the other hand, the nanoindentation technique estimates the
elastic modulus values in reasonable agreement with those measured by acoustic methods, particularly in amorphous
materials, while in some policristaline materials some deviation from expected values was obtained.

K ey wo rd s

Mechanical properties. Nanoindentation. Ultrasound. Poisson’s ratio. Elasticmodulus.

1. INTRODUCCIÓN
Actualmente, diversas áreas de la física y de la ingeniería están enfocadas en el desarrollo y aplicación
de la nanotecnología, la cual se caracteriza por utilizar componentes, materiales o fases con volúmenes
en el orden de micrómetros cúbicos. Grandes retos

han sido superados y otros esperan ser resueltos. Por
ejemplo, se ha probado que el comportamiento mecánico de lascomponentes cambia cuando se reduce
su volumen, al mismo tiempo que la medición de
propiedades físicas y mecánicas se torna mucho más
complicada en volúmenes pequeños[1]. Éste es el caso del módulo de elasticidad, cuyo conocimiento es

(·) Trabajo recibido el día 2 de Enero de 2007 y aceptado en su forma final el día 7de Mayo de 2007.
* Grupo de Investigación en Nuevos Materiales, UniversidadPontificia Bolivariana, Circular 1 No 70-01, Medellín, Antioquia, Colombia.
** Laboratório de Ultra-som, Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos, Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo, Av. Prof. Mello Moraes, 2231, CEP 05508-900, São Paulo, SP, Brasil.
*** Laboratório de Fenômenos de Superficie, Departamento de Engenharia Mecanica e de Sistemas Mecânicos, Escola...