Sulla stima di macro, micro e nano-durezza di materiali metallici mediante analisi elasto-plastiche agli elementi finiti

Luca Susmel, David Taylor

Abstract


Il lavoro sintetizzato nel presente articolo si pone come obiettivo primario quello di investigare lapossibilita di stimare, mediante un approccio elasto-plastico agli elementi finiti, la durezza dei materiali metalliciconvenzionali, e questo sia a livello macroscopico, che a livello microscopico, che, infine, a livello nanoscopico.Per verificare validita e accuratezza della metodologia FEM sviluppata, sono state condotte una serie di analisisperimentali su tre materiali metallici aventi caratteristiche metallurgiche estremamente diverse: una legadfalluminio (Al 7075-T6), un acciaio a basso tenore di carbonio (BS970-En3B) e, infine, un acciaio austenitico(AISI 316L). Lfindentazione Vickers e stata simulata con analisi elasto.plastiche agli elementi finiti considerandocarichi di prova nellfintervallo tra 490 N e 490 ƒÊN e calibrando le simulazioni numeriche mediante curvemonotone tensione.deformazione ottenute da prove di trazione eseguite utilizzando provini sia di dimensioneconvenzionale che aventi larghezza della zona calibrata dellfordine dei 100 ƒÊm.La sistematica comparazione tra risultati sperimentali e simulazioni numeriche ha posto in evidenza comelfaumentare del valore della durezza misurata al diminuire della dimensione dellfimpronta possa essere imputataal ruolo giocato dalla reale morfologia del materiale, ruolo che diventa predominante sulla plasticitaconvenzionale quando le dimensioni della superficie indentata diventano comparabili con le dimensioni mediedella grana cristallina delle leghe esaminate. Tali fenomeni, pertanto, non hanno consentito di estenderelfutilizzo della meccanica del continuo fino ad un livello nanoscopico per determinare correttamente i valoridella durezza. Alla luce di questi risultati e stata, pero, proposta una semplice metodologia di correzione dellestime eseguite mediante gli elementi finiti che si e dimostrata un valido strumento da utilizzarsi in situazioni diinteresse pratico per stimare la durezza dei materiali metallici, indipendentemente dalla dimensione dellasuperficie indentata.

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DOI: http://dx.doi.org/10.3221%2FIGF-ESIS.19.04