Abstract

We provide a fundamental contact mechanics background to the interpretation of spherical indentation experiments performed in polycrystalline aggregates, single crystalline units, thin films, and minute material scales comprising an atomistic ensemble. A central issue under examination is the extraction of mechanical properties from hardness measurements as well as from instrumented indentation applied load-penetration depth curves performed in all such material lengths. Our analyses shed light into the role of the plasticity mechanisms (dislocation slip vs twining) upon the onset of size effects in metal plasticity. Emphasis is given to the analysis of noticeable differences between nanocontact plasticity in face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC) crystals leading to characteristic surface topographies (material pileup and surface rosettes) upon indenter tip removal. The investigation comprises systematic continuum polycrystalline and crystal plasticity finite element simulations, molecular dynamics simulations and macro/micro/nano-indentation experiments.

Short Bio:

El Prof. Jorge Alcalá recibió el título de Doctorado por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) en 1995 por sus estudios sobre la fractura y fatiga de cerámicas avanzadas. A continuación, realizó una estancia post-doctoral de 2 años en el Massachusetts Institute of Technology bajo la dirección del Prof. Subra Suresh (posterior director del National Science Foundation). En ese período, el Dr. Alcalá junto con el Prof. A. Giannakopoulos realizaron trabajos experimentales y computacionales que contribuyeron a centrar las bases de las técnicas instrumentadas de indentación en metales, cerámicos y recubrimientos. Entre los años de 1997 y 2002, el Dr. Alcalá fue Profesor Asociado en la Universidad de Castilla-La Mancha, Profesor Asociado en la UPC, Profesor Titular en la UPC (puesto que mantiene hasta el presente); siendo también Profesor Invitado en el Technion –Israel Institute of Technology entre 2006 y 2007. Desde su regreso a la UPC, el Prof. Alcalá profundizó en sus trabajos sobre la interpretación de los ensayos de indentación mediante la mecánica del continuo y la teoría de la plasticidad. Estos estudios reafirmaron las bases que D. Tabor y K.L. Johnson establecieron acerca de estos ensayos en las décadas de los años 50 y 70 del siglo pasado, aumentando la reputación internacional del Prof. Alcalá en esta área. En los últimos 10 años, el Prof. Alcalá ha ampliado estudios computacionales a escalas micro y nanométricas de material mediante el uso de la plasticidad cristalina y la dinámica molecular. En colaboración con grupos de EUA y Europa, el Prof. Alcalá centra sus intereses actuales de investigación en el estudio de acoplamientos mecano-eléctricos en nanocontactos, el uso de la teoría de dislocaciones en mecánica del continuo a fin de estudiar fenómenos de plasticidad en muestras micrométricas de material, y en la utilización de la dinámica molecular a fin de entender mecanismos de nucleación de defectos y plasticidad incipiente. El Prof. Alcalá ha realizado 67 publicaciones entre las que se incluyen artículos en Science, Physical Review Letters y Acta Materialia. Como resultado de sus colaboraciones con empresa, posee diversas patentes en microindentación instrumentada y en el desarrollo de nuevos aceros y dientes para excavación con nuevas tecnologías de insertos cerámicos.