Esperimenti e modelli numerici micro-macro| di indentazione strumentata (meccanica di contatto) di materiali innovativi/nanostrutturati = Experiments and numerical models micro-macro | of instrumented indentation (contact mechanics) for innovative/nanostructured materials

Lo studio di tesi tratta il comportamento meccanico delle leghe nanocristalline Ni-Fe, in particolare la Ni-49%Fe prodotta mediante elettrodeposizione. È noto come queste leghe presentino spesso una significativa resistenza meccanica penalizzata da una scarsa duttilità a temperatura ambiente. Lo studio di tesi è stato incentrato sul comportamento elastoplastico della lega in seguito ad una nanoindentazione con penetratore Berkovich. Sono state eseguite numerose nanoindentazioni in condizioni differenti di forza applicata, rispettivamente, 1, 5, 10 e 250 mN) e di tempi di prova (5’, 10’, 30’). L’analisi si é quindi concentrata principalmente sul tratto di curva di indentazione P-h caratterizzato dalla forza massima costante al fine di osservarne il comportamento stazionario a creep, in quanto non studiato in letteratura a meno di un lavoro pubblicato. Inoltre, é stato determinato in modo standard il modulo elastico E e la durezza H in differenti condizioni di prova, e valutata l’influenza delle tensioni residue. La fase di carico della curva ha permesso di confrontare la deformazione elastica della lega in raffronto a quella di un materiale ceramico. A causa della scarsità di studi sul creep delle leghe Ni-Fe, si é ipotizzato per la lega Ni-49Fe un comportamento a creep governato da leggi classiche valide per altri materiali convenzionali così da valutarne dapprima le differenze comportamentali rispetto ad altri materiali nc come ad esempio il rame nc. I calcoli sono stati effettuati mediante il codice e le funzioni built-in di Matlab. Impiegando i dati forniti dai test di nanoindentazione è stato possibile determinare alcuni parametri di creep tra cui tempo e spostamento caratteristici: dal confronto di questi ultimi con i dati presenti in letteratura è stata messa in evidenza l'impossibilità di osservare uno stato di creep stazionario per la lega Ni-49Fe nelle condizioni di test citate. L’incertezza su tale fenomeno ha permesso di definire con maggiore probabilità la manifestazione di uno stato di rilassamento del materiale in condizioni di massimo carico costante applicato: dall'analisi delle curve di carico è stata delineata la manifestazione di un possibile rilassamento elastico della lega. Significativo é anche il paragone conseguito tra risultati derivanti da campioni della stessa lega in condizioni differenti di nanoindentazione, precisamente per carichi e tempi di test variabili. Il confronto ha permesso di comprendere come l’applicazione di forze di bassa intensità (es. 1, 5 mN) restituisca proprietà meccaniche più influenzate dalla superficie piuttosto che dal bulk. Un ulteriore approccio sviluppato per lo studio del comportamento a deformazione della lega in condizioni di nanoindentazione è stato quello di simularne il comportamento plastico durante la nanoindentazione mediante il software Comsol. Lo scopo principale é stato quello di accertare se le leggi costitutive sviluppate per materiali convenzionali fossero stati idonei per descrivere il comportamento plastico della lega data attraverso la ricerca dei relativi parametri del modello. I risultati, appena descritti, hanno permesso, quindi, di dare spazio a nuovi fronti: è lecito tenere in considerazione, oltre al fenomeno di creep anche un possibile comportamento plastico oppure puramente elastico della lega.