La Profilometry-based Indentation Plastometry (PIP) è un metodo basato sull’uso dell’indentazione per determinare le proprietà di sforzo-deformazione dei materiali metallici. Il processo si articola in tre fasi principali:
Fase 1: Creazione dell’impronta (Indent sample).
Un indentatore sferico rigido, con un raggio compreso tra 0.5 e 1 mm, viene utilizzato per indentare il campione. Il carico applicato è calibrato per creare un’impronta residua con una profondità di circa 100-200 µm. È importante notare che l’indentazione PIP è grande rispetto alla microstruttura della maggior parte dei materiali metallici, il che significa che il test sonda la risposta del materiale bulk piuttosto che i singoli grani. Un esempio di impronta è mostrato in Figura 1.
Fase 2: Misurazione della forma (Measure shape).
La forma 3D completa dell’impronta residua viene misurata utilizzando un profilometro a stilo (sul PLX-Benchtop) o un interferometro (sul PLX-Portable). Questa misurazione include la profondità dell’impronta, la regione di pile-up e l’altezza zero nel campo lontano (dove il materiale non è influenzato dall’indentazione). La misurazione del profilo completo rappresenta una differenza significativa rispetto ai test di durezza, dove viene misurato solo il diametro dell’impronta. La forma completa dell’impronta fornisce una fonte di informazioni molto più ricca sulle proprietà meccaniche del materiale rispetto al solo diametro. Un esempio di profilo di impronta residua è mostrato in Figura 2.
Fase 3: Analisi agli elementi finiti (Finite element analysis).
Una volta misurata la forma dell’impronta, la curva sforzo-deformazione del metallo viene determinata tramite un’equazione di plasticità costitutiva, condotta in tre passaggi:
- Si avvia un modello agli elementi finiti dell’indentazione utilizzando un set di parametri di plasticità di prova.
- Si effettua un confronto tra i profili di impronta residua modellati e misurati.
- I parametri di plasticità vengono aggiornati iterativamente fino a raggiungere la migliore concordanza tra i profili.
I parametri di plasticità ottimizzati definiscono quindi la curva sforzo-deformazione del materiale, che include parametri importanti come la resistenza allo snervamento, il comportamento di incrudimento, la resistenza a trazione ultima e l’allungamento uniforme al punto di strizione. Un esempio di curva sforzo-deformazione ottenuta tramite PIP è mostrato in Figura 3.
L’intero processo PIP, dall’indentazione all’analisi, viene eseguito automaticamente tramite software proprietario sviluppato da Plastometrex. Il metodo PIP può essere applicato a tutti i metalli sul PLX-Benchtop, a temperature elevate sul PLX-HotStage o sul campo con il PLX-Portable. È anche possibile confrontare i dati di resistenza allo snervamento e resistenza a trazione ottenuti con PIP con i valori dei test di trazione.
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