mesures de microindentation et de scratch-test sur couches minces
mesures de microindentation et de scratch-test sur couches minces mesures de microindentation et de scratch-test sur couches minces
Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. Vol.l3. N° 1 Y 2. 1993. 73 +1' ~+. + fA Contact p Sous charge p Indenteur/Surface maximale F ~ ~!o Apres retrait , B de rindenteur P (a) o~~--------~------~~P n FIGURE 1. (a) Schérna du processus d'indentation; (b) Résultant: courbe F/P. Interprétation des courbes F/P Une analyse des courbes expérimentales F/P, permet d'évaluer les déformations plastiques et élastiques du matériau indenté [3, 4, 5] afin d'accéder au calcul de HV et E. Sur la figure 2, sont représentés divers types de déformations mis en évidence par un tel instrument: - Déformation plastique (courbe a), qui se traduit par une combe de décharge verticale; l'empreinte observée est permanente et n'a subi aucune relaxation élastique. - Déformation élastique (courbe b) pour laquelle on a superposition des courbes de mise en charge et décharge; on n'observe aucune empreinte résiduelle. - Déformation élasto-plastique (courbe c), cas hybride des deux précédents. Exemples Un exemp1e de courbes F/P est donné sur la figure 3. Cette courbe met en évidence la déterrnination de h, appelée profondeur plastique [5], utilisé pour les calculs de HV et E. La perte de contact indenteur/rnatiere résulte du changement de la forme de l'indentation lors du recouvrernent élastique. F Mise en c:harge Décharge (b) A 0) J FIGURE 2. Représentation de courbes force/profondeur, F/P, obtenues sur divers types de matériaux: (a)plastique, (b) élastique, (e)élastoplastique. Latin/vmerican Iournal 0.1 Metailurgy and Materials, Vol.B. N° l. 2. 1993. p
74 Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. Vo1.13. N° 1 Y 2. 1993. ,F : Fo,.e (mN) 20 , o 75 h. 150 P : P,Ofono.u, [nml FIGURE 3. Exemple d'une combe F/P obtenue sur une couche TiN/PVO de 3 mm, déposée sur l'acier AISI 440C pour la détennination de hp [5]. 10 HV [GPa] o~~~~~~~~~~~~~ o 5 10 15 20 25 N" Indentatlon FIGURE 4. (a) 'Micrographie d'une bille (F=2.38 mm) mettant en évidence une série d'indentations effectuées a travers l'interface acier AISI 44,OCet la couche TiC-CVO de 3 mm (*). Les ernpreintes ont été réalisées SO:IS une charge de zo mN, et sont distantes de 5 mm. (b) La représentation graphique correspondaute de HV en fonction du numéro de l'indentation. (*) l'épaisseur réelle est de 3 rrun, cependant le polissage métallographique n'a eu lieu que jusqu'a '" 1/3 du rayon de la bille. TAB. 1: Valeurs de HV et E obtenues sur divers matériaux. Ces grandeurs ont été calculées a partir de la profondeur plastique. La colonne 'F[mN)' indique la force utilisée pour leur détermination. Materiau F [mN] BV [MPa] E [GPa] acier trempé 50 10.71 220 100 10.67 215 cuivre recuit 50 0.67 123 100 0.61 121 Al203-saphir 50 35.53 420 100 32.78 434 Materiau F [mN] HV [MPa] E [GPa] TiN-PVO 4 um / 10 34.07 677 acier AISI 440C 20 30.41 571 TiC-CVO 4 11m / acier AISI 440C 15 20 37.47 36.82 603 553 Diamant i:C/ 10 23.58 304 acier AISI 440C 20 21.68 283 Latinnmerican Journal of Metallurgv and Mtiterials, Vol.J3. N° l. 2. 1993,
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Revista Latinoamericana <strong>de</strong> M<strong>et</strong>alurgia y Materiales. Vol.l3. N° 1 Y 2. 1993. 73<br />
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Contact p Sous charge p<br />
In<strong>de</strong>nteur/Surface maximale<br />
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<strong>de</strong> rin<strong>de</strong>nteur P<br />
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FIGURE 1. (a) Schérna du processus d'in<strong>de</strong>ntation; (b) Résultant: courbe F/P.<br />
Interprétation <strong>de</strong>s courbes F/P<br />
Une analyse <strong>de</strong>s courbes expérimentales<br />
F/P, perm<strong>et</strong> d'évaluer les déformations plastiques<br />
<strong>et</strong> élastiques du matériau in<strong>de</strong>nté [3, 4, 5] afin<br />
d'accé<strong>de</strong>r au calcul <strong>de</strong> HV <strong>et</strong> E. Sur la figure 2,<br />
sont représentés divers types <strong>de</strong> déformations mis<br />
en évi<strong>de</strong>nce par un tel instrument:<br />
- Déformation plastique (courbe a), qui se traduit<br />
par une combe <strong>de</strong> décharge verticale; l'empreinte<br />
observée est permanente <strong>et</strong> n'a subi aucune<br />
relaxation élastique.<br />
- Déformation élastique (courbe b) pour laquelle on<br />
a superposition <strong>de</strong>s courbes <strong>de</strong> mise en charge <strong>et</strong><br />
décharge; on n'observe aucune empreinte<br />
résiduelle.<br />
- Déformation élasto-plastique (courbe c), cas<br />
hybri<strong>de</strong> <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux précé<strong>de</strong>nts.<br />
Exemples<br />
Un exemp1e <strong>de</strong> courbes F/P est donné <strong>sur</strong> la<br />
figure 3. C<strong>et</strong>te courbe m<strong>et</strong> en évi<strong>de</strong>nce la<br />
déterrnination <strong>de</strong> h, appelée profon<strong>de</strong>ur plastique<br />
[5], utilisé pour les calculs <strong>de</strong> HV <strong>et</strong> E. La perte <strong>de</strong><br />
contact in<strong>de</strong>nteur/rnatiere résulte du changement <strong>de</strong><br />
la forme <strong>de</strong> l'in<strong>de</strong>ntation lors du recouvrernent<br />
élastique.<br />
F Mise en c:harge<br />
Décharge<br />
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FIGURE 2. Représentation <strong>de</strong> courbes<br />
force/profon<strong>de</strong>ur, F/P, obtenues <strong>sur</strong> divers types<br />
<strong>de</strong> matériaux: (a)plastique, (b) élastique, (e)élastoplastique.<br />
Latin/vmerican Iournal 0.1 M<strong>et</strong>ailurgy and Materials, Vol.B. N° l. 2. 1993.<br />
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