A simple criterion to identify the deformation mode in indentation
Un critere simple d’identification du mode de déformation par indentation
Résumé
During the indentation process, the material is deformed during the indenter penetration which leads to the formation of sink-in or pile-up around the indent, depending on the mechanical behavior of the material. It is recognized that the contact depth computation depends on the deformation mode and, consequently, affects the mechanical properties determination. Indeed in the case of sink-in, Oliver and Pharr propose an expression for the contact depth whereas Loubet et al. suggest the use of another relationship when piling-up occurs. In practice, the problem to calculate the contact depth is how to choose the adequate methodology when the deformation mode is not identified. This is achievable by an optical observation of the indent but, for simplicity, we prefer the use of a simple mathematical criterion. This criterion has be defined by the residual indent to the maximum indentation penetration depth ratio for which the value is directly accessible by the experimental data. When the ratio is higher than 0.83, we observe piling-up whereas sinking-in is observed for lower values. When the criterion equals 0.83, application of the two different relationships leads to the same value of the contact depth, and, consequently, of the mechanical properties. Finally, the proposed methodology does not required the post-mortem observation of the indent.
Au cours d’un essai d’indentation, la matière se déforme sous l’indenteur se traduisant physiquement par une déflection des faces de l’empreinte ou par la formation d’un bourrelet à la surface du matériau selon son comportement mécanique. La façon dont la matière va s’écouler influence la détermination des propriétés mécaniques, en particulier via l’expression de la profondeur de contact. Ainsi, Oliver et Pharr proposent une relation dans le cas de la déflexion des faces alors que Loubet et al. en proposent une autre en présence d’un bourrelet de déformation. En pratique, la difficulté va résider dans le choix de l’une ou l’autre de ces relations pour le calcul de la profondeur de contact sans connaitre au préalable le mode de déformation du matériau. L’identification du mode de déformation est donc nécessaire. On peut bien évidemment le faire en observant la surface de l’empreinte mais nous lui préférons l’application d’un critère mathématique simple à condition qu’il soit fiable. Le critère retenu est le rapport entre la profondeur d’indentation résiduelle et la profondeur de pénétration maximale qui sont des données issues de l’enregistrement. Nous constatons que pour les matériaux dont ce rapport est supérieur à 0,83, un bourrelet se forme à la surface alors que la déflection des faces apparait lorsqu’il est inférieur. Cette valeur de 0,83 devient donc une valeur limite. À cette limite d’ailleurs, les calculs effectués avec l’une ou l’autre des deux relations conduisent aux mêmes valeurs de la profondeur de contact, et donc des propriétés mécaniques. Finalement, dans l’approche que nous proposons, l’observation de l’empreinte pour identifier le mode de déformation n’est plus nécessaire.