Issue 21

C. Maletta et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 21 (2012) 5-12; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.21.01 5 Indentation response of a NiTi shape memory alloy: modeling and experiments C. Maletta, F. Furgiuele, E. Sgambitterra Dept. of Mechanical Engineering, University of Calabria, 87036 Rende (CS), Italy. carmine.maletta@unical.it M. Callisti, B. G. Mellor, R. J.K. Wood Engineering Sciences, University of Southampton, UK. mc3a09@soton.ac.uk A BSTRACT . The indentation response of a pseudoelastic nickel-titanium based shape memory alloy (SMA) has been analyzed. Indentation tests have been carried out at room temperature using a spherical diamond tip and indentation loads in the range 50-500 mN in order to promote a large stress-induced transformation zone in the indentation region and, consequently, to avoid local effects due to microstructural variations. The measured load-displacement data have been analyzed to obtain information on the pseudoelastic response of the alloy. To aid this analysis numerical simulations were performed, by using a commercial finite element (FE) software code and a special constitutive model for SMAs, so as to understand better the microstructural evolution occurring during the indentation process. Finally, the FE model has been used to analyze the effects of temperature on the indentation response of the alloy. This analysis revealed a marked variation of both the maximum and residual penetration depths with increasing test temperature. S OMMARIO . Nel presente lavoro è stata analizzata la risposta all’indentazione di una lega a memoria di forma (SMA – Shape Memory Alloy) a base di nickel e titanio. In particolare, sono state eseguite prove di indentazione mediante l’utilizzo di un indentatore sferico e per livelli di carico compresi tra 50 e 500 mN, al fine di favorire la formazione di zone di trasformazione ampie e, pertanto, evitare effetti locali dovuti a variazioni microstrutturali. Le curve carico-spostamento sono state analizzate al fine di ottenere informazioni utili per la comprensione del comportamento pseudoelastico della lega. A tale scopo, sono state condotte analisi numeriche, utilizzando un software commerciale agli elementi finiti, per meglio comprendere i cambiamenti microstrutturali, che avvengono durante il processo di indentazione. Infine, il modello numerico è stato utilizzato per analizzare l’effetto della temperatura sulla risposta all’indentazione delle SMAs. I risultati hanno mostrato una marcata variazione della profondità di penetrazione e della profondità residua al variare della temperatura. K EYWORDS . Shape Memory alloys; Indentation tests; Finite element simulations. I NTRODUCTION ickel-titanium (NiTi) based shape memory alloys (SMAs) have, over recent decades, attracted the interest of the scientific and engineering community due to their unique functional properties, namely the pseudoelastic effect (PE) and the shape memory effect (SME) [1], coupled with their good mechanical properties and biocompatibility. The unique functional response of NiTi alloys is due to a reversible solid state phase transformation between a parent phase (austenite) and a product phase (martensite), the so called thermoelastic martensitic N