Advances in microscale residual stress measurement using focused ion beam milling and digital image correlation

• A. Dorronsoro ^{[2] [1]} ; J.R. Páez ^{[2] [1]} ; J. Navarrete ^{[2] [1]} ; J.M. Sánchez ^{[2] [1]} ; J.M. Martínez-Esnaola ^{[2] [1]} ; J. Alkorta ^{[2] [1]}
  1. [1] Universidad de Navarra

     Universidad de Navarra

     Pamplona, España

     
  2. [2] CEIT-BRTA, Donostia
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 5, 2023, págs. 237-242
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    La presencia de tensiones residuales puede tener una gran influencia en el comportamiento de los materiales, especialmente en condiciones de fatiga. En este artículo, presentamos una técnica de medida de tensiones residuales, con resolución espacial por debajo de 100 micras. La técnica consiste en mecanizar una hendidura en la superficie de la muestra con un haz de iones focalizado (FIB), y en medir los desplazamientos generados por la relajación de tensiones alrededor de la rendija. Para ello, se utiliza un algoritmo de correlación digital de imágenes (DIC) capaz de medir desplazamientos por debajo del pixel, y se comparan con los calculados en simulaciones de elementos finitos. Las primeras medidas utilizando esta técnica se hicieron en una muestra de metal duro con tensiones residuales compresivas de gran magnitud, generadas durante un proceso de rectificado. En este trabajo, se han caracterizado las tensiones residuales presentes en una muestra de acero, deformada plásticamente en un ensayo de flexión a cuatro puntos. Las tensiones son un orden de magnitud menores que en el anterior estudio. Las medidas realizadas con esta técnica se han comparado satisfactoriamente con valores obtenidos mediante la técnica sin2 ?? basada en difracción de rayos X.

  • English

    The presence of residual stresses can have a paramount influence on the mechanical behaviour of materials, especially under fatigue conditions. In this paper, we present a technique for measuring residual stresses, with a spatial resolution smaller than 100 microns. The technique consists of milling a slit on a sample’s surface with a focused ion beam (FIB), and on measuring the displacements caused by stress relief around the slit. For that purpose, a digital image correlation (DIC) algorithm capable of measuring sub-pixel displacements is used, and these displacements are compared to finite element simulations. Initial measurements using this technique were carried out on a hardmetal sample, where large compressive residual stresses were present due to a grinding process. In this work, the stress state of a steel sample deformed plastically on a four point bending test was characterised. Residual stresses were an order of magnitude smaller than in the previous study. Residual stresses measured using this technique were successfully compared to values obtained using the X-ray diffraction sin2 ?? technique.