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RESUMO Recentes trabalhos propõem a utilização dos ensaios de indentação como uma ferramenta capaz de avaliar características mecânicas de filmes finos, assim como avaliar possíveis falhas em sistemas que conjugam filmes de alta dureza depositados em substratos metálicos em solicitações tribológicas. Entretanto, a implementação da técnica de indentação para a avaliação do comportamento destes sistemas filme/substrato e os seus resultados, continuam ocasionando dúvidas no meio científico. Em função destas incertezas na análise do ensaio de indentação, o uso da análise numérica capaz de avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo de indentação pode auxiliar em uma interpretação mais segura deste ensaio. Por isso, este trabalho tem como objetivo utilizar o Método dos Elementos Finitos (MEF) para simular ensaios de indentação em um filme de Nitreto de Cromo e Alumínio (CrAlN) de alta dureza depositado em um substrato de aço carbono. Foram usados dois diferentes modelos de danos para avaliar os processos de fratura que ocorrem nestes ensaios de indentação. O primeiro foi o modelo de trinca difusa e o segundo foi o modelo de delaminação, ambos presentes no software comercial de elementos finitos MARC™. Os processos de fratura observados nestas simulações foram comparados com outros resultados apresentados na literatura especializada. Por fim, o uso concomitantemente dos dois modelos de danos foi uma nova abordagem para o estudo de falhas nos ensaios de indentação em filmes finos. ABSTRACT Recent studies propose using indentation testing as a tool to assess the mechanical characteristics of thin films, as well as evaluate possible cracking in systems that conjugate films with high hardness values deposited on metallic substrates in tribological solicitations. However, implementing the indentation technique to assess the behavior of these film/substrate systems, and their results continue to raise doubts in the scientific community. Because of these uncertainties in the studies of the indentation testing, the use of numerical analysis capable of evaluating stress and strain fields during the indentation cycle may help better interpret this test. As such, this study aimed to use the finite element method (FEM) to simulate indentation testing of Chronium Aluminum Nitride (CrAlN) high-hardness film deposited in a carbon steel substrate. Two different damage models were used to assess the fracture processes that occur in these testing. The first was the diffuse cracking model and the second the delamination model, both present in MARC™ finite element software. The fracture processes observed in these simulations were compared with other published results. Finally, the concomitant use of these two damage models was a new approach to the study of indentation testing damage in thin films.

Recentes trabalhos propõem a utilização dos ensaios de indentação (nanoindentação) como uma ferramenta capaz avaliar características (nanoindentação) como uma ferramenta capaz de avaliar características mecânicas filmes finos, assim possíveis falhas em sistemas que mecânicas de filmes finos, assim como avaliar possíveis falhas em sistemas que conjugam alta dureza com substratos metálicos aço serviço, conjugam filmes de alta dureza com substratos metálicos de aço em serviço, em solicitações tribológicas. Entretanto, implementação da técnica solicitações tribológicas. Entretanto, a implementação da técnica de indentação para avaliação do comportamento destes e os seus resultados, para a avaliação do comportamento destes sistemas e os seus resultados, continuam ocasionando dúvidas no meio científico. Em função destas incertezas continuam ocasionando dúvidas no meio científico. Em função destas incertezas na análise ensaio indentação, o uso numérica na análise do ensaio de indentação, o uso de uma ferramenta numérica capaz campos tensões deformações durante ciclo de avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo de identificando áreas críticas através mecânica indentação, identificando possíveis áreas críticas através da mecânica da fratura, pode auxiliar interpretação mais segura deste ensaio. Este fratura, pode auxiliar em uma interpretação mais segura deste ensaio. Este trabalho tem proposta utilizar Método Elementos Finitos MEF) trabalho tem como proposta utilizar o Método dos Elementos Finitos (MEF) em conjunto Modelo Delaminação Bimodularidade conjunto com o Modelo de Delaminação e o Modelo de Bimodularidade para simular um filme CrAlN, possui simular ensaios de indentação em um filme de CrAlN, que possui uma alta aplicabilidade devido suas propriedades, analisar nucleação crescimento aplicabilidade devido a suas propriedades, e analisar a nucleação e crescimento trincas, podem ocorrer esses ensaios. Por fim, padrões de trincas, que podem ocorrer durante esses ensaios. Por fim, os padrões de surgimento trincas observados neste foram surgimento e crescimento de trincas observados neste trabalho foram comparados obtidos por outros modelos apresentados literatura comparados com os obtidos por outros modelos apresentados na literatura especializada. Também se concluiu concomitante dois modelosse especializada. Também se concluiu que o uso concomitante dos dois modelosse mostrou boa estudo nos mostrou uma boa ferramenta para o estudo de falhas nos ensaios de indentação finos. em filmes finos. Recent publications propose the use of indentation testing (nanoindentation) as a tool to evaluate thin film’s mechanical properties, and (nanoindentation) as a tool to evaluate thin film’s mechanical properties, and possible failures in systems that unite high hardness film tribological evaluate possible failures in systems that unite high hardness film (tribological coating) metallic substrates steel, solicitations. However, coating) and metallic substrates of steel, in tribological solicitations. However, the implementation technique for evaluation these implementation of the indentation technique for the evaluation of these systems its results still brings on doubts scientific environment. Due and its results still brings on doubts to the scientific environment. Due to the around tests, numerical able analyze doubts around the indentation tests, the use of a numerical tool able to analyze stress displacement field during cycle, identifying the stress and displacement field during the indentation cycle, identifying possible critical areas using fracture mechanics may help give safer interpretation critical areas using the fracture mechanics may help to give a safer interpretation this test. This work’s proposal is Finite Elements Method FEM) of this test. This work’s proposal is to use the Finite Elements Method (FEM) combined with Delamination Model Cracking Strain simulate combined with Delamination Model and Cracking Strain Model to simulate cycles CrAlN film, has big applicability due indentation cycles on a CrAlN film, a film that has a big applicability due to its crack nucleation growth, which occur properties, and analyze crack nucleation and growth, which may occur during cycles. Finally, patterns growth presented work these cycles. Finally, the patterns of nucleation and growth presented in this work were compared others models specialized literature. Also were compared with others models presented on the specialized literature. Also concluded both together was good study concluded that the use of both models together was a good tool to the study of cracks films. cracks during indentation testing in thin films.