Indentation response of a NiTi shape memory alloy: modeling and experiments

The indentation response of a pseudoelastic nickel-titanium based shape memory alloy (SMA) hasbeen analyzed. Indentation tests have been carried out at room temperature using a spherical diamond tip andindentation loads in the range 50-500 mN in order to promote a large stress-induced transformation zone in theindentation region and, consequently, to avoid local effects due to microstructural variations. The measuredload-displacement data have been analyzed to obtain information on the pseudoelastic response of the alloy. Toaid this analysis numerical simulations were performed, by using a commercial finite element (FE) softwarecode and a special constitutive model for SMAs, so as to understand better the microstructural evolutionoccurring during the indentation process. Finally, the FE model has been used to analyze the effects oftemperature on the indentation response of the alloy. This analysis revealed a marked variation of both themaximum and residual penetration depths with increasing test temperature.

Nel presente lavoro è stata analizzata la risposta all’indentazione di una lega a memoria di forma(SMA – Shape Memory Alloy) a base di nickel e titanio. In particolare, sono state eseguite prove di indentazionemediante l’utilizzo di un indentatore sferico e per livelli di carico compresi tra 50 e 500 mN, al fine di favorire laformazione di zone di trasformazione ampie e, pertanto, evitare effetti locali dovuti a variazioni microstrutturali.Le curve carico-spostamento sono state analizzate al fine di ottenere informazioni utili per la comprensione delcomportamento pseudoelastico della lega. A tale scopo, sono state condotte analisi numeriche, utilizzando unsoftware commerciale agli elementi finiti, per meglio comprendere i cambiamenti microstrutturali, cheavvengono durante il processo di indentazione. Infine, il modello numerico è stato utilizzato per analizzarel’effetto della temperatura sulla risposta all’indentazione delle SMAs. I risultati hanno mostrato una marcatavariazione della profondità di penetrazione e della profondità residua al variare della temperatura.