Развитие метода инструментального индентирования в диагностике физико-механических свойств упрочненных поверхностных слоев материалов и покрытий изделий машиностроения
Ключевые слова:
инструментальное индентирование, растяжение, акустическая эмиссия, физико-механические свойства
Аннотация
Рассмотрен метод инструментального индентирования и продемонстрированы его возможности в оперативной диагностике физико-механических свойств поверхностных слоев конструкционных материалов и упрочняющих покрытий. Разработаны новые способы определения модуля нормальной упругости по начальному упругому участку диаграммы вдавливания и характеристик твердости в областях малой и развитой упругопластической деформации при инструментальном индентировании сферическим индентором. Обоснована необходимость учета параметра деформационного упрочнения при установлении связи деформаций при растяжении образца и вдавливании индентора. Предложена методика оперативной оценки отношения предела текучести к временному сопротивлению материала как важного диагностического параметра структурно-механического состояния материала. Установлено, что метод инструментального индентирования, совмещенный с методом акустической эмиссии, расширяет возможности диагностики характеристик трещиностойкости упрочняющих покрытий.
Литература
1. Калей Г.Н. Некоторые результаты испытаний на микротвердость по глубине отпечатка // Машиноведение. 1968. № 3. С. 105.
2. Терновский А.П. и др. О микромеханических испытаниях материалов путем вдавливания // Заводская лаборатория. 1973. № 10. С. 1242—1246.
3. Дегтярев В.И., Матюнин В.М., Лагвешкин В.Я. Автоматическая запись диаграмм твердости // Теплоэнергетика и энергомашиностроение. 1972. Вып. 104. С. 86—89.
4. Пат. № 365622 СССР. Способ определения предела прочности материалов / Марковец М.П., Куртен Л.И., Матюнин В.М., Плотников В.П., Дегтярев В.И. // Бюл. изобрет. 1970. № 6.
5. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990.
6. Бакиров М.Б., Потапов В.В. Феноменологическая методика определения механических свойств корпусных сталей ВВЭР по диаграммам вдавливания шарового индентора // Заводская лаборатория. 2000. Т. 66. № 12. С. 35—43.
7. Ahn J.-H., Kwon D. Derivation of Plastic Stress-strain Relationship from Ball Indentations: Examination of Strain Definition and Pileup Effect // J. Mater. Res. 2001. V. 16. No. 11. Pp. 3170—3178.
8. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of Hardness фnd Elastic Modulus by Instrumented Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology // J. Materials Research Soc. 2004. V. 19(1). Pp. 3—20.
9. Шабанов В.М. Сопротивление металлов начальной пластической деформации при вдавливании сферического индентора // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 6. С. 63—69.
10. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009.
11. Ogar P.M., Gorokhov D.V. The Relationship between Deformation of Spherical Indentation // Key Eng. Mater. 2016. V. 723. Pp. 363—368.
12. Mahmoudi A.H., Nourbakhsh S.H. A Neural Networks Approach to Characterize Material Properties Using the Spherical Indentation Test // Procedia Engineering. 2011. V. 10. Pp. 3062—3067.
13. Matyunin V.M. e. a. Evaluation of Young’s Modulus of Construction Materials by Instrumented Indentation Using a Ball Indenter // Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021. V. 87(8). Pp. 64—68.
14. Матлин М.М., Мозгунова А.И., Казанкина У.Н., Казанкин В.А. Методы неразрушающего контроля прочностных свойств деталей машин. М.: Инновационное машиностроение, 2019.
15. Матюнин В.М. Индентирование в диагностике механических свойств материалов. М.: Издат. дом МЭИ, 2015.
16. Evans A.G., Charles E.A. Fracture Toughness Determination by Indentation // J. American Ceramic Soc. 1976. V. 59. Pp. 371—372.
17. Матюнин В.М., Марченков А.Ю., Петрова М.П., Зилова О.С., Панькина А.А., Свиридов Г.Б. Определение работы зарождения и распространения трещин при инструментальном индентировании хрупких материалов и упрочняющих покрытий // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 9. C. 33—40.
---
Для цитирования: Матюнин В.М., Марченков А.Ю., Каримбеков М.А., Жгут Д.А., Панькина А.А., Свиридов Г.Б., Горячкина М.В., Петрова М.П., Цветкова Н.О. Развитие метода инструментального индентирования в диагностике физико-механических свойств упрочненных поверхностных слоев материалов и покрытий изделий машиностроения // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 166—175. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-166-175
---
Работа выполнена при поддержке: Российского научного фонда (грант № 22-19-00590), https://rscf.ru/project/22-19-00590/
#
1. Kaley G.N. Nekotorye Rezul'taty Ispytaniy na Mikrotverdost' po Glubine Otpechatka. Mashinovedenie. 1968;3:105. (in Russian).
2. Ternovskiy A.P. i dr. O Mikromekhanicheskikh Ispytaniyakh Materialov Putem Vdavlivaniya. Zavodskaya Laboratoriya. 1973;10:1242—1246. (in Russian).
3. Degtyarev V.I., Matyunin V.M., Lagveshkin V.Ya. Avtomaticheskaya Zapis' Diagramm Tverdosti. Teploenergetika i Energomashinostroenie. 1972;104:86—89. (in Russian).
4. Pat № 365622 SSSR. Sposob Opredeleniya Predela Prochnosti Materialov. Markovets M.P., Kurten L.I., Matyunin V.M., Plotnikov V.P., Degtyarev V.I. Byul. Izobret. 1970;6. (in Russian).
5. Bulychev S.I., Alekhin V.P. Ispytanie Materialov Nepreryvnym Vdavlivaniem Indentora. M.: Mashinostroenie, 1990. (in Russian).
6. Bakirov M.B., Potapov V.V. Fenomenologicheskaya Metodika Opredeleniya Mekhanicheskikh Svoystv Korpusnykh Staley VVER po Diagrammam Vdavlivaniya Sharovogo Indentora. Zavodskaya Laboratoriya. 2000;66;12:35—43. (in Russian).
7. Ahn J.-H., Kwon D. Derivation of Plastic Stress-strain Relationship from Ball Indentations: Examination of Strain Definition and Pileup Effect. J. Mater. Res. 2001;16;11:3170—3178.
8. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of Hardness fnd Elastic Modulus by Instrumented Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology. J. Materials Research Soc. 2004;19(1):3—20.
9. Shabanov V.M. Soprotivlenie Metallov Nachal'noy Plasticheskoy Deformatsii pri Vdavlivanii Sfericheskogo Indentora. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2008;74;6:63—69. (in Russian).
10. Golovin Yu.I. Nanoindentirovanie i Ego Vozmozhnosti. M.: Mashinostroenie, 2009. (in Russian).
11. Ogar P.M., Gorokhov D.V. The Relationship between Deformation of Spherical Indentation. Key Eng. Mater. 2016;723:363—368.
12. Mahmoudi A.H., Nourbakhsh S.H. A Neural Networks Approach to Characterize Material Properties Using the Spherical Indentation Test. Procedia Engineering. 2011;10:3062—3067.
13. Matyunin V.M. e. a. Evaluation of Young’s Modulus of Construction Materials by Instrumented Indentation Using a Ball Indenter. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(8):64—68.
14. Matlin M.M., Mozgunova A.I., Kazankina U.N., Kazankin V.A. Metody Nerazrushayushchego Kontrolya Prochnostnykh Svoystv Detaley Mashin. M.: Innovatsionnoe Mashinostroenie, 2019. (in Russian).
15. Matyunin V.M. Indentirovanie v Diagnostike Mekhanicheskikh Svoystv Materialov. M.: Izdat. Dom MEI, 2015. (in Russian).
16. Evans A.G., Charles E.A. Fracture Toughness Determination by Indentation. J. American Ceramic Soc. 1976;59:371—372.
17. Matyunin V.M., Marchenkov A.Yu., Petrova M.P., Zilova O.S., Pan'kina A.A., Sviridov G.B. Opredelenie Raboty Zarozhdeniya i Rasprostraneniya Treshchin pri Instrumental'nom Indentirovanii Khrupkikh Materialov i Uprochnyayushchikh Pokrytiy. Deformatsiya i Razrushenie Materialov. 2023;9:33—40. (in Russian)
---
For citation: Matyunin V.M., Marchenkov A.Yu., Karimbekov M.A., Zhgut D.A., Pan’kina A.A., Sviridov G.B., Goryachkina M.V., Petrova M.P., Tsvetkova N.O. Development of the Instrumental Indentation Method in Diagnostics of Physical and Mechanical Properties of Hardened Surface Layers and Coatings of Materials in Engineering Products. Bulletin of MPEI. 2024;2:166—175. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-166-175
---
The work is executed at support: Russian Science Foundation (Grant No. 22-19-00590), https://rscf.ru/project/22-19-00590/
2. Терновский А.П. и др. О микромеханических испытаниях материалов путем вдавливания // Заводская лаборатория. 1973. № 10. С. 1242—1246.
3. Дегтярев В.И., Матюнин В.М., Лагвешкин В.Я. Автоматическая запись диаграмм твердости // Теплоэнергетика и энергомашиностроение. 1972. Вып. 104. С. 86—89.
4. Пат. № 365622 СССР. Способ определения предела прочности материалов / Марковец М.П., Куртен Л.И., Матюнин В.М., Плотников В.П., Дегтярев В.И. // Бюл. изобрет. 1970. № 6.
5. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990.
6. Бакиров М.Б., Потапов В.В. Феноменологическая методика определения механических свойств корпусных сталей ВВЭР по диаграммам вдавливания шарового индентора // Заводская лаборатория. 2000. Т. 66. № 12. С. 35—43.
7. Ahn J.-H., Kwon D. Derivation of Plastic Stress-strain Relationship from Ball Indentations: Examination of Strain Definition and Pileup Effect // J. Mater. Res. 2001. V. 16. No. 11. Pp. 3170—3178.
8. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of Hardness фnd Elastic Modulus by Instrumented Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology // J. Materials Research Soc. 2004. V. 19(1). Pp. 3—20.
9. Шабанов В.М. Сопротивление металлов начальной пластической деформации при вдавливании сферического индентора // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 6. С. 63—69.
10. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009.
11. Ogar P.M., Gorokhov D.V. The Relationship between Deformation of Spherical Indentation // Key Eng. Mater. 2016. V. 723. Pp. 363—368.
12. Mahmoudi A.H., Nourbakhsh S.H. A Neural Networks Approach to Characterize Material Properties Using the Spherical Indentation Test // Procedia Engineering. 2011. V. 10. Pp. 3062—3067.
13. Matyunin V.M. e. a. Evaluation of Young’s Modulus of Construction Materials by Instrumented Indentation Using a Ball Indenter // Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021. V. 87(8). Pp. 64—68.
14. Матлин М.М., Мозгунова А.И., Казанкина У.Н., Казанкин В.А. Методы неразрушающего контроля прочностных свойств деталей машин. М.: Инновационное машиностроение, 2019.
15. Матюнин В.М. Индентирование в диагностике механических свойств материалов. М.: Издат. дом МЭИ, 2015.
16. Evans A.G., Charles E.A. Fracture Toughness Determination by Indentation // J. American Ceramic Soc. 1976. V. 59. Pp. 371—372.
17. Матюнин В.М., Марченков А.Ю., Петрова М.П., Зилова О.С., Панькина А.А., Свиридов Г.Б. Определение работы зарождения и распространения трещин при инструментальном индентировании хрупких материалов и упрочняющих покрытий // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 9. C. 33—40.
---
Для цитирования: Матюнин В.М., Марченков А.Ю., Каримбеков М.А., Жгут Д.А., Панькина А.А., Свиридов Г.Б., Горячкина М.В., Петрова М.П., Цветкова Н.О. Развитие метода инструментального индентирования в диагностике физико-механических свойств упрочненных поверхностных слоев материалов и покрытий изделий машиностроения // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 166—175. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-166-175
---
Работа выполнена при поддержке: Российского научного фонда (грант № 22-19-00590), https://rscf.ru/project/22-19-00590/
#
1. Kaley G.N. Nekotorye Rezul'taty Ispytaniy na Mikrotverdost' po Glubine Otpechatka. Mashinovedenie. 1968;3:105. (in Russian).
2. Ternovskiy A.P. i dr. O Mikromekhanicheskikh Ispytaniyakh Materialov Putem Vdavlivaniya. Zavodskaya Laboratoriya. 1973;10:1242—1246. (in Russian).
3. Degtyarev V.I., Matyunin V.M., Lagveshkin V.Ya. Avtomaticheskaya Zapis' Diagramm Tverdosti. Teploenergetika i Energomashinostroenie. 1972;104:86—89. (in Russian).
4. Pat № 365622 SSSR. Sposob Opredeleniya Predela Prochnosti Materialov. Markovets M.P., Kurten L.I., Matyunin V.M., Plotnikov V.P., Degtyarev V.I. Byul. Izobret. 1970;6. (in Russian).
5. Bulychev S.I., Alekhin V.P. Ispytanie Materialov Nepreryvnym Vdavlivaniem Indentora. M.: Mashinostroenie, 1990. (in Russian).
6. Bakirov M.B., Potapov V.V. Fenomenologicheskaya Metodika Opredeleniya Mekhanicheskikh Svoystv Korpusnykh Staley VVER po Diagrammam Vdavlivaniya Sharovogo Indentora. Zavodskaya Laboratoriya. 2000;66;12:35—43. (in Russian).
7. Ahn J.-H., Kwon D. Derivation of Plastic Stress-strain Relationship from Ball Indentations: Examination of Strain Definition and Pileup Effect. J. Mater. Res. 2001;16;11:3170—3178.
8. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of Hardness fnd Elastic Modulus by Instrumented Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology. J. Materials Research Soc. 2004;19(1):3—20.
9. Shabanov V.M. Soprotivlenie Metallov Nachal'noy Plasticheskoy Deformatsii pri Vdavlivanii Sfericheskogo Indentora. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2008;74;6:63—69. (in Russian).
10. Golovin Yu.I. Nanoindentirovanie i Ego Vozmozhnosti. M.: Mashinostroenie, 2009. (in Russian).
11. Ogar P.M., Gorokhov D.V. The Relationship between Deformation of Spherical Indentation. Key Eng. Mater. 2016;723:363—368.
12. Mahmoudi A.H., Nourbakhsh S.H. A Neural Networks Approach to Characterize Material Properties Using the Spherical Indentation Test. Procedia Engineering. 2011;10:3062—3067.
13. Matyunin V.M. e. a. Evaluation of Young’s Modulus of Construction Materials by Instrumented Indentation Using a Ball Indenter. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(8):64—68.
14. Matlin M.M., Mozgunova A.I., Kazankina U.N., Kazankin V.A. Metody Nerazrushayushchego Kontrolya Prochnostnykh Svoystv Detaley Mashin. M.: Innovatsionnoe Mashinostroenie, 2019. (in Russian).
15. Matyunin V.M. Indentirovanie v Diagnostike Mekhanicheskikh Svoystv Materialov. M.: Izdat. Dom MEI, 2015. (in Russian).
16. Evans A.G., Charles E.A. Fracture Toughness Determination by Indentation. J. American Ceramic Soc. 1976;59:371—372.
17. Matyunin V.M., Marchenkov A.Yu., Petrova M.P., Zilova O.S., Pan'kina A.A., Sviridov G.B. Opredelenie Raboty Zarozhdeniya i Rasprostraneniya Treshchin pri Instrumental'nom Indentirovanii Khrupkikh Materialov i Uprochnyayushchikh Pokrytiy. Deformatsiya i Razrushenie Materialov. 2023;9:33—40. (in Russian)
---
For citation: Matyunin V.M., Marchenkov A.Yu., Karimbekov M.A., Zhgut D.A., Pan’kina A.A., Sviridov G.B., Goryachkina M.V., Petrova M.P., Tsvetkova N.O. Development of the Instrumental Indentation Method in Diagnostics of Physical and Mechanical Properties of Hardened Surface Layers and Coatings of Materials in Engineering Products. Bulletin of MPEI. 2024;2:166—175. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-166-175
---
The work is executed at support: Russian Science Foundation (Grant No. 22-19-00590), https://rscf.ru/project/22-19-00590/
Опубликован
2023-12-21
Выпуск
Раздел
Материаловедение (технические науки) (2.6.17)
