2D numerical simulation of elasto-plastic deformation of thin hard coating systems in deep nanoindentation test with sharp indenter

• Autorzy: Kopernik M. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna symulacja 2D odkształcenia sprężysto-plastycznego układu cienkich twardych powłok w teście wciskania wgłębnika o ostrej końcówce

• Konferencja: Scientific Seminar Integrated Study on the Foundations of Plastic Deformation of Metals PLASTMET'06 (5; 28.11-01.12.2006; Łańcut, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper hard coating systems are considered as an investigated material and their behaviour under static loading is analyzed. Experimental nanoindentation test is one of the most demanding in obtaining mechanical properties of thin films and such test is simulated using finite element method (FEM). Numerical simulation follows the experiment and it gives satisfying results in many technical and research areas. Distributions of computing values using FEM models for multilayer systems are presented in the paper. Capabilities and difficulties in simulation of thin hard coating systems are described, that is an important step to achieve further purpose, which is a complete and precise numerical analysis of properties of hard coating systems in deep nanoindentation test.

PL

W niniejszej pracy badano układy twardych powłok i ich zachowanie pod wpływem obciążeń statycznych. Próba wciskania wgłębnika jest jednym z najważniejszych doświadczeń przeprowadzanych dla cienkich warstw i jej numeryczna symulacja została przeprowadzona przy użyciu metody elementów skończonych. Przedstawiono wyniki w postaci rozkładów intensywności naprężeń, odkształceń, a także krzywych postaci siła-przemieszczenie obliczanych dla każdego etapu odkształcenia. Dodatkowo opisano możliwosci stworzonego modelu numerycznego i trudności związane z modelowaniem powłok. Praca stanowi krok w kierunku otrzymania własności twardych powłok na podstawie wyników symulacji testu wciskania wgłębnika.

Słowa kluczowe

EN

hard coating system; FEM; plastic deformation

PL

twarda powłoka; FEM; odkształcenia plastyczne; próba wciskania wgłębnika

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 52, iss. 2
• Strony: 299--310
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Kopernik M.

autor

Pietrzyk M.

• Department of Applied Computer Science and Modelling, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] S. J. Bull, E. G. Berasetegui, T. F. Page, Modelling of the indentation response of coatings and surface treatments, Wear 256, 857-866 (2004).
• [2] M. Kopernik, M. Pietrzyk, A. Żmudzki, Numerical simulation of elastic-plastic deformation of thin hard coating systems in nano - impact test, Computer Methods in Materials Science 6, 150-160 (2006).
• [3] M. Kopernik, M. Pietrzyk, Possibilities of modelling of graded nanomaterials, Proc. 13 th Konf. Kom-PlasTech, ed., Szeliga, D., Pietrzyk, M., Kusiak, J., Szczawnica, 291-296 (2006).
• [4] M. Lichinchi, C. Lenardi, J. Haupt, R. Vitali, Simulation of Berkovich nanoindentation experiments on thin films using finite element method, Thin Solid Films 333, 278-286 (1998).
• [5] D. Ma, K. Xu, J. He, Numerical simulation for determinig the mechanical properties of thin metal films using depth-sensing indentation technique, Thin Solid Films 323, 183-187 (1998).
• [6] K. Holmberg, A. Matthews, H. Ronkainen, Contact mechanism and surface design, Tribology International 31, 107-120 (1998).
• [7] X. Cai, H. Bangert, Finite-element analysis of the interface influence on hardness measurements of thin films, Surface and Coatings 81, 240-255 (1996).
• [8] http://www.matweb.com
• [9] A. T. Santhanam, D. T. Quinto, G. P. Grab, Comparsion of the steel-miling performance of carbide inserts with the MTCVD and PVD TiCN coatings, Int. J. of Refractory Metals and Hard Materials 14, 31-40 (1996).
• [10] A. R. Franco,G. Pintaade,A. Sinatora,C. E. Pinedo, A. P. Tschiptschin, TheuseofaVickers indenter in depth sensing indentation for measuring elastic modulus and Vickers hardness, Materials Research 7, 483-491 (2004).
• [11] B. D. Beake, S. P. Lau, Nanotribological and nanomechanical properties of 5-80 nm tetrahedral amorphous carbon films on silicon, Diamond and Related Materials 14, 1535-1542 (2005).
• [12] C. Oliver, G. M. Pharr, An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiment, J. Mater. Res. 7, 1564-1583 (1992).
• [13] A. J. Fischer-Cripps, Nanoindentation, Springer-Verlag p6 ISBN 0-387-95394-9 (2002).
• [14] M. Paszyński, M. Kopernik, L. Madej, M. Pietrzyk, Automatic hp adaptivity to improve accuracy of modeling of heat transport and linear elasticity problems, J. Machine Eng. 6, 73-82 (2006).
• [15] M. Kopernik, M. Pietrzyk, Evaluation of possibilities and perspectives of application of nanomaterial hard coatings, Computer Methods in Materials Science 6, 42-63 (2006).
• [16] M. Kopernik, M. Pietrzyk, Rheological model and mechanical properties of hard nanocoatings in numerical nanoindentation test, 10 th ESAFORM CONFERENCE ON MATERIAL FORMING, ZARAGOZA, SPAIN, AIP CONFEREMCE PROCEEDINGS, 907, 659-664 (2007).