ОЦЕНКА УПРУГОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ТВЕРДОМЕРА ПРИ КИНЕТИЧЕСКОМ ИНДЕНТИРОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ

При определении механических свойств материалов кинетическим индентированием с регистрацией диаграмм вдавливания необходим тщательный учет упругой податливости прибора — твердомера. От методики оценки и учета упругой податливости в наибольшей мере зависят определяемые значения модуля нормальной упругости испытуемых материалов. Поэтому проверку методик следует проводить при кинетическом индентировании материалов с известными, но сильно различающимися модулями нормальной упругости. К настоящему времени уже накоплен положительный опыт оценки и учета упругой податливости прибора при кинетическом индентировании материалов алмазной пирамидой, что отражено в соответствующих стандартах. Однако переносить этот опыт на кинетическое индентирование стальным или твердосплавным шаром нельзя без дополнительных исследований и экспериментальной проверки. В данной статье предложена методика оценки упругой податливости твердомера по кинетической диаграмме вдавливания шара, основанная на уравнении Г. Герца для случая упругого контакта шара с плоскостью. Установлена прямо пропорциональная связь дополнительных упругих деформаций звеньев прибора от нагрузки вдавливания, характерная для каждого прибора и не зависящая от диаметра шара. Эта связь позволяет учесть упругую податливость прибора программными средствами при регистрации и обработке диаграмм вдавливания шара. Выполнены эксперименты по определению модуля нормальной упругости и твердости кинетическим индентированием шаром различных материалов (сталь, алюминиевый, магниевый и титановый сплавы) с использованием существующей и предлагаемой методик учета упругой податливости прибора. В качестве основного критерия, подтверждающего достоверность методики, принято совпадение или близость значений модуля нормальной упругости одного и того же материала, определенных по диаграммам вдавливания шара и растяжения образца. Изложены преимущества и недостатки известной и предложенной методик, даны практические рекомендации по их использованию.

1. Б у л ы ч е в С. И., А л е х и н В. П., Т е р н о в с к и й А. П. Об определении физико-механических свойств материалов методом непрерывного вдавливания индентора / Физика и химия обработки материалов. 1976. № 2. С. 54 - 58.

2. Б у л ы ч е в С. И., А л е х и н В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. — М.: Машиностроение, 1990. — 224 с.

3. Федосов С. А., П е ш е к Л. Определение механических свойств материалов микроиндентированием. — М.: МГУ, 2004. — 98 с.

4. Oliver W. С , Pharr G. М. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / Journal of materials research. 1992. Vol. 7. N 6. E 1564 - 1583.

5. Oliver W. C , Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology / Materials Res. Soc. 2004. Vol. 19. N 1. E 3 - 20.

6. Г о л о в и н Ю. И. Наноиндентирование и его возможности. — М.: Машиностроение, 2009. — 312 с.

7. М а т ю н и н В. М. Индентирование в диагностике механических свойств материалов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2015. — 288 с.

8. Д р о з д М. С., М а т л и н М. М., С и д я к и н Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. — М.: Машиностроение, 1986. — 224 с.