Metodos de medicion de constantes elasticas por

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 enuna amplia 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. Propiedades mecánicas. Ultrasonidos. Nanoindentación. Indentación instrumentada. Coeficiente de Poisson. Módulo de elasticidad.

Pa la b ra s clav e

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 andlimitations of both techniques 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 somesmall samples 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. Mechanical properties. Nanoindentation. Ultrasound. Poisson’s ratio. Elastic modulus.

Key wo rd s

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 comportamientomecánico de las componentes 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,Universidad Pontificia 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,...