Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии
Метод наноиндентирования базируется на автоматическом измерении и регистрации силы, действующей на индентор (от 10^-2 до 5 Н), и глубины внедрения индентора (от 10^-2 до 200 мкм). Метод царапания основан на непрерывной регистрации силы сопротивления движению внедренного в поверхность индентора....
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47795 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии / С.Р. Игнатович, И.М. Закиев, Д.И. Борисов, В.И. Закиев // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 132-139. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-47795 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-477952013-08-01T14:38:23Z Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии Игнатович, С.Р. Закиев, И.М. Борисов, Д.И. Закиев, В.И. Научно-технический раздел Метод наноиндентирования базируется на автоматическом измерении и регистрации силы, действующей на индентор (от 10^-2 до 5 Н), и глубины внедрения индентора (от 10^-2 до 200 мкм). Метод царапания основан на непрерывной регистрации силы сопротивления движению внедренного в поверхность индентора. Метод наноіндентування базується на автоматичному вимірюванні та реєстрації сили, що діє на індентор (від 10^-2 до 5 Н), та глибини впровадження індентора (від 10^-2 до 200 мкм). Метод подряпини засновано на непреривній реєстрації сили опору руху впровадженого в поверхню індентора. The nanoindenting method is based on automatic measuring and registration of the indenter force (from 10^-2 to 5 N) and indenter penetration depth (from 10^-2 to 200 μm). The scratch hardness (nanoscratching) method is based on continuous registration of resistance forces to movement of indenter imbedded into the material surface. 2006 Article Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии / С.Р. Игнатович, И.М. Закиев, Д.И. Борисов, В.И. Закиев // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 132-139. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47795 620.178:539.431(045) ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Игнатович, С.Р. Закиев, И.М. Борисов, Д.И. Закиев, В.И. Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии Проблемы прочности |
| description |
Метод наноиндентирования базируется на автоматическом измерении и регистрации силы, действующей на индентор (от 10^-2 до 5 Н), и глубины внедрения индентора (от 10^-2 до 200 мкм). Метод царапания основан на непрерывной регистрации силы сопротивления движению внедренного в поверхность индентора. |
| format |
Article |
| author |
Игнатович, С.Р. Закиев, И.М. Борисов, Д.И. Закиев, В.И. |
| author_facet |
Игнатович, С.Р. Закиев, И.М. Борисов, Д.И. Закиев, В.И. |
| author_sort |
Игнатович, С.Р. |
| title |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| title_short |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| title_full |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| title_fullStr |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| title_full_unstemmed |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| title_sort |
оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при циклическом нагружении методами наноиндентирования и наносклерометрии |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47795 |
| citation_txt |
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов при
циклическом нагружении методами наноиндентирования и
наносклерометрии / С.Р. Игнатович, И.М. Закиев, Д.И. Борисов, В.И. Закиев // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 132-139. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT ignatovičsr ocenkapovreždennostipoverhnostnogosloâmaterialovpricikličeskomnagruženiimetodaminanoindentirovaniâinanosklerometrii AT zakievim ocenkapovreždennostipoverhnostnogosloâmaterialovpricikličeskomnagruženiimetodaminanoindentirovaniâinanosklerometrii AT borisovdi ocenkapovreždennostipoverhnostnogosloâmaterialovpricikličeskomnagruženiimetodaminanoindentirovaniâinanosklerometrii AT zakievvi ocenkapovreždennostipoverhnostnogosloâmaterialovpricikličeskomnagruženiimetodaminanoindentirovaniâinanosklerometrii |
| first_indexed |
2025-07-04T07:49:56Z |
| last_indexed |
2025-07-04T07:49:56Z |
| _version_ |
1836701868266356736 |
| fulltext |
УДК 620.178:539.431(045)
Оценка поврежденностн поверхностного слоя материалов при
циклическом нагружении методами наноиндентирования и
наносклерометрии
С. Р. Игнатович, И. М. Закиев, Д. И. Борисов, В. И. Закиев
Национальный авиационный университет, Киев, Украина
Метод наноиндентирования базируется на автоматическом измерении и регистрации силы,
действующей на индентор (от 10~2 до 5 Н), и глубины внедрения индентора (от 10~2 до
200 мкм). Метод царапания основан на непрерывной регистрации силы сопротивления
движению внедренного в поверхность индентора.
К л ю ч е в ы е с л о в а : и н д е н т и р о в а н и е , м и к р о т в е р д о с т ь , п о в р е ж д е н н о с т ь , п о в е р х
н о с т н ы й с л о й .
В в е д е н и е . Д л я ф о р м а л и з а ц и и я в л е н и й п о с т е п е н н о г о ф о р м и р о в а н и я
о т к а з о в м а ш и н и с п о л ь з у е т с я п о н я т и е н а к о п л е н и я п о в р е ж д е н и й , п р и ч е м п о
в р е ж д е н и е м а т е р и а л а и з д е л и я в о в р е м е н и т р а к т у е т с я к а к о т к л о н е н и е е г о
к о н т р о л и р у е м ы х с в о й с т в о т н а ч а л ь н ы х [ 1 ] . Ч а с т о в к а ч е с т в е к р и т е р и е в
п о в р е ж д е н н о с т и и с п о л ь з у ю т с я п р о я в л я ю щ и е с я н а м а к р о с к о п и ч е с к о м у р о в н е
и п о д д а ю щ и е с я к о н т р о л ю п а р а м е т р ы : в е л и ч и н а о с т а т о ч н о й п л а с т и ч е с к о й
д е ф о р м а ц и и , с т е п е н ь и з н о с а и л и к о р р о з и и , д л и н а м а г и с т р а л ь н о й т р е щ и н ы .
В э т и х с л у ч а я х в о з м о ж н о п р о в е д е н и е о б ъ е к т и в н ы х к о л и ч е с т в е н н ы х о ц е н о к
т е к у щ е й п о в р е ж д е н н о с т и , а п р о г н о з и р о в а н и е п р е д е л ь н ы х с о с т о я н и й и л и
о с т а т о ч н о г о р е с у р с а м о ж н о с д е л а т ь с д о с т а т о ч н о в ы с о к о й с т е п е н ь ю т о ч
н о с т и .
О д н а к о о т к л о н е н и я с в о й с т в о б ъ е к т о в о т и с х о д н ы х з н а ч е н и й н е в с е г д а
п р о я в л я ю т с я в м а к р о с к о п и ч е с к и х м а с ш т а б а х . Н а п р и м е р , п о в р е ж д е н н о с т ь н а
и н к у б а ц и о н н о й с т а д и и у с т а л о с т и р е а л и з у е т с я н а м и к р о с т р у к т у р н о м р а з м е р
н о м у р о в н е и х а р а к т е р и з у е т с я о т к л о н е н и е м о т н а ч а л ь н ы х з н а ч е н и й о п р е
д е л е н н ы х ф и з и к о - м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в м а т е р и а л а ( э к з о э л е к т р о н н о й э м и с
с и и , п о з и т р о н н о й а н н и г и л я ц и и , в н у т р е н н е г о т р е н и я , у д е л ь н о г о о с т а т о ч н о г о
с о п р о т и в л е н и я и т . п . ) [ 2 ] . К о д н о м у и з т а к и х д и а г н о с т и ч е с к и х п о к а з а т е л е й
о т н о с и т с я м и к р о т в е р д о с т ь , к о т о р а я д о в о л ь н о ч у в с т в и т е л ь н а к и з м е н е н и ю
д и с л о к а ц и о н н о й с т р у к т у р ы и р а з р ы х л е н и ю в т о н к и х п о в е р х н о с т н ы х с л о я х
п р и ц и к л и ч е с к о м н а г р у ж е н и и [ 3 , 4 ] .
Т в е р д о с т ь с ч и т а е т с я и н т е г р а л ь н о й х а р а к т е р и с т и к о й п р о ч н о с т и и п л а с
т и ч н о с т и м а т е р и а л о в и о п р е д е л я е т с я г л у б и н о й в н е д р е н и я в п о в е р х н о с т ь
и н д е н т о р а п р и в д а в л и в а н и и е г о с з а д а н н о й с и л о й . Т а к о й м е т о д и с п ы т а н и й
н а з ы в а ю т и н д е н т и р о в а н и е м ( i n d e n t i n g ) . В п о с л е д н и е г о д ы о н п о л у ч и л ш и р о
к о е п р и м е н е н и е д л я о п р е д е л е н и я п о м и м о т в е р д о с т и д р у г и х ф и з и к о - м е х а н и
ч е с к и х с в о й с т в п о в е р х н о с т и м а т е р и а л о в [ 5 , 6 ] .
Е с л и и с п ы т а н и е в д а в л и в а н и е м и н д е н т о р а о т н о с и т с я к м е т о д у л о к а л ь
н о г о и н д е н т и р о в а н и я [ 6 ] , т о м е т о д ц а р а п а н и я ( s c r a t c h t e s t i n g ) и л и с к л е р о
м е т р и и [ 7 ] п о з в о л я е т о ц е н и в а т ь т в е р д о с т ь н е п р е р ы в н о в д о л ь т р а с с ы с к а н и
© С. Р. ИГНАТОВИЧ, И. М. ЗАКИЕВ, Д. И. БОРИСОВ, В. И. ЗАКИЕВ, 2006
132 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов
р о в а н и я и н д е н т о р а . В н а с т о я щ е е в р е м я м е т о д с к л е р о м е т р и и ш и р о к о и с п о л ь
з у е т с я в т о н к и х ф и з и ч е с к и х и с с л е д о в а н и я х с в о й с т в п о в е р х н о с т и м а т е р и а л о в
[ 8, 9 ] .
С о в р е м е н н ы й э т а п р а з в и т и я м е т о д о в л о к а л ь н о г о и с к а н и р у ю щ е г о и н д е н -
т и р о в а н и я х а р а к т е р и з у е т с я р а з р а б о т к о й и и с п о л ь з о в а н и е м н о в о г о п о к о л е н и я
п р и б о р о в с в ы с о к о й р а з р е ш а ю щ е й с п о с о б н о с т ь ю р е г и с т р а ц и и г л у б и н ы
в н е д р е н и я и н д е н т о р а , в т о м ч и с л е и в н а н о м е т р и ч е с к о м м а с ш т а б е ( н а н о -
и н д е н т о м е р о в ) . Э т о с у щ е с т в е н н о р а с ш и р и л о д и а п а з о н р е г и с т р и р у е м ы х д е
ф о р м а ц и о н н ы х и п р о ч н о с т н ы х х а р а к т е р и с т и к м а т е р и а л о в [ 10] , а м е т о д о
л о г и я н а н о и н д е н т и р о в а н и я ( d e p t h s e n s i n g t e s t i n g ) в н а с т о я щ е е в р е м я о т н о
с и т с я к п е р с п е к т и в н ы м н а у ч н о - п р а к т и ч е с к и м н а п р а в л е н и я м [ 11, 12] .
В с в я з и с о т к р ы в а ю щ и м и с я б о л ь ш и м и в о з м о ж н о с т я м и м е т о д о в л о к а л ь
н о г о и с к а н и р у ю щ е г о н а н о и н д е н т и р о в а н и я п р о б л е м а и х и с п о л ь з о в а н и я д л я
д и а г н о с т и к и п о в р е ж д е н н о с т и п о в е р х н о с т н ы х с л о е в , в ч а с т н о с т и п р и у с т а
л о с т и м а т е р и а л о в , я в л я е т с я а к т у а л ь н о й .
В н а с т о я щ е й р а б о т е р а с с м о т р е н ы в о п р о с ы а п п а р а т у р н о г о о б е с п е ч е н и я
н а н о и н д е н т о м е т р и и , о т р а ж е н ы н е к о т о р ы е м е т о д и ч е с к и е а с п е к т ы и с с л е д о
в а н и й в д а н н о м н а п р а в л е н и и , а т а к ж е п р е д с т а в л е н ы р е з у л ь т а т ы п о о п р е д е
л е н и ю п р о ч н о с т н ы х с в о й с т в п о в е р х н о с т и а л ю м и н и е в о г о с п л а в а Д - 1 6 А Т в
п р о ц е с с е н а к о п л е н и я у с т а л о с т н ы х п о в р е ж д е н и й .
А п п а р а т у р н о е о б е с п е ч е н и е и м е т о д и к а н а н о и н д е н т и р о в а н и я . С с е р е
д и н ы 4 0 - х г о д о в п о л у ч и л р а з в и т и е м е т о д м и к р о т в е р д о с т и - в д а в л и в а н и е
и н д е н т о р а з а д а н н о й с и л о й н а г л у б и н у н е с к о л ь к и х м и к р о м е т р о в и р е г и с т
р а ц и я с п о м о щ ь ю о п т и ч е с к и х с р е д с т в р а з м е р о в н е в о с с т а н а в л и в а е м ы х н а
п о в е р х н о с т и о т п е ч а т к о в . Т а к к а к и н д е н т о р ы ( В и к к е р с а , Б е р к о в и ч а , К н у п п а и
д р . ) и м е ю т с т а н д а р т и з о в а н н ы е г е о м е т р и ч е с к и е п а р а м е т р ы , т о р а з м е р о т п е
ч а т к а п р я м о п р о п о р ц и о н а л е н г л у б и н е в н е д р е н и я п о с л е с н я т и я н а г р у з к и -
в о с с т а н о в л е н н а я м и к р о т в е р д о с т ь [ 1 3 ] . С п о я в л е н и е м п р и б о р о в , п о з в о л я
ю щ и х н е п р е р ы в н о р е г и с т р и р о в а т ь в п р о ц е с с е н а г р у ж е н и я с и л у Р и г л у б и н у
в н е д р е н и я и н д е н т о р а h , п о л у ч и л р а з в и т и е м е т о д к и н е т и ч е с к о й т в е р д о с т и
[ 5 ] . П р и э т о м с т а л о в о з м о ж н ы м о п р е д е л я т ь н е т о л ь к о г л у б и н у в о с с т а н о в л е н
н о г о h 2 , н о и н е в о с с т а н о в л е н н о г о h 1 о т п е ч а т к о в , а т а к ж е р а б о т у п л а с т и
ч е с к о й и у п р у г о й д е ф о р м а ц и и п р и в н е д р е н и и и н д е н т о р а , м о д у л ь у п р у г о с т и
и д р у г и е х а р а к т е р и с т и к и м а т е р и а л а ( р и с . 1) .
Рис. 1. Схема определения твердости по диаграмме вдавливания индентора (а) и по диаго
нали отпечатка (б): 5\ и 5 2 - работа пластической и упругой деформации соответственно.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4 133
С. Р. Игнатович, И. М. Закиев, Д. И. Борисов, В. И. Закиев
В 9 0 - х г о д а х с п о я в л е н и е м н а н о т е с т е р о в - п р и б о р о в , с о з д а н н ы х с
п р и м е н е н и е м M E M S / N E M S т е х н о л о г и й , п о я в и л а с ь в о з м о ж н о с т ь р е г и с т р и
р о в а т ь г л у б и н у в н е д р е н и я и н д е н т о р о в с ч у в с т в и т е л ь н о с т ь ю 0 , 1 . . . 1 н м . П р и
б о р ы , в ы п у с к а е м ы е ф и р м а м и M i c r o P h o t o n i c s , C S M I n s t r u m e n t s , M T S ,
H y s i t r o n , N a n o I n d e n t e r , U M I S и д р . , и м е ю т ш и р о к и й с п е к т р в о з м о ж н о с т е й
л о к а л ь н о г о и с к а н и р у ю щ е г о и н д е н т и р о в а н и я , о б о р у д о в а н ы а в т о м а т и з и р о
в а н н ы м и с и с т е м а м и с б о р а , х р а н е н и я и о б р а б о т к и и н ф о р м а ц и и , а н е к о т о р ы е
и з н и х - а т о м н о - с и л о в ы м и м и к р о с к о п а м и . В ы с о к а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь т а к и х
п р и б о р о в т р е б у е т с л о ж н ы х с и с т е м з а щ и т ы о т в н е ш н и х в о з д е й с т в и й , ч т о
п р и в о д и т к з н а ч и т е л ь н о м у у в е л и ч е н и ю м а с с ы а п п а р а т у р ы ( 5 0 . 1 5 0 к г ) .
П р и и с с л е д о в а н и и с о с т о я н и я п о в е р х н о с т н о г о с л о я м е т о д о м и н д е н т и р о
в а н и я н а м и и с п о л ь з о в а л с я р а з р а б о т а н н ы й в Н а ц и о н а л ь н о м а в и а ц и о н н о м
у н и в е р с и т е т е к о м п а к т н ы й н а н о т е с т е р “ М и к р о н - г а м м а ” [ 1 4 ] . Э т о к о м п а к т
н ы й п р и б о р с д и ф ф е р е н ц и а л ь н о й с и с т е м о й и з м е р е н и я г л у б и н ы в н е д р е н и я
( г л у б и н а и з м е р я е т с я о т н о с и т е л ь н о п о в е р х н о с т и о б р а з ц а ) , ч т о п о з в о л и л о
п о л н о с т ь ю к о м п е н с и р о в а т ь в н е ш н и е п е р е м е щ е н и я , а т а к ж е м а л ы е п р о г и б ы
с т о л а и с т о й к и .
Л о к а л ь н о е и н д е н т и р о в а н и е м о ж е т о с у щ е с т в л я т ь с я в а в т о м а т и ч е с к о м
р е ж и м е с с и л о й н а и н д е н т о р , з а д а в а е м о й в д и а п а з о н е 0 , 0 1 . 5 Н , и с о
с к о р о с т ь ю н а г р у ж е н и я 1 • 1 0 _ 4 . . . 1 Н / с . Д и а п а з о н р е г и с т р и р у е м о й г л у б и н ы
в н е д р е н и я с о с т а в л я е т 0 , 0 1 . 2 0 0 м к м . П р о ц е с с в д а в л и в а н и я о т о б р а ж а е т с я в
в и д е д и а г р а м м ( р и с . 2 ) , п р и э т о м в а в т о м а т и ч е с к о м р е ж и м е о п р е д е л я ю т с я
о с н о в н ы е п а р а м е т р ы и н д е н т и р о в а н и я ( с м . р и с . 1) .
В М ИКРОН Гамма
X 0
P = 90 V = 9,0T = 20 1 В.Ноябрь.2002 22:36
МИ КРОН Гагюла
в»
I*'
OjO-
I : : а7
!.... \-- ------- ------- .... .... ------- ------- — j .... . . . . ------- г г ■ /
г 7 ---------
..........І..... V /
.... --------!------- -------- .... .... ------- ------- .... .... .... >7 -------- /-If-- — ---------
: / j f :
..........
!
.... \~ ~ .... .......... .......... .......... ..........
/ /
____ .......... L . . ..
----!--- у / .
/ / — ---
.... .... .... .... . . . . . . . . .... . . . . . . . . .... .... ....
[7 2
P 3
R7 4
Г 5
Г б
Г 8
Г 9
Г 10
Г 11
Г 12
Г 13
Г 14
Г 15
Г~ is
0,03 0,13 0,23 0,33 0,43 0,53 0,63 0,73 0,83 0,93 1.D3 1,13 1,23 1,33 1,43 1,53 163 1,73 1,83
Глтбкна внедрения, мкм
|Р = ЯПУ = Я П Т = П 18 Ноябрь 2002 22:33 т
134
Рис. 2. Внешний вид интерфейса при непрерывном вдавливании индентора.
Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов
Н а о с н о в а н и и р е г и с т р и р у е м ы х п а р а м е т р о в и н д е н т и р о в а н и я о п р е д е л я
ю т с я д е ф о р м а ц и о н н о - п р о ч н о с т н ы е х а р а к т е р и с т и к и п о в е р х н о с т н о г о с л о я . Н а
п р и м е р , м и к р о т в е р д о с т ь п о В и к к е р с у ( в Г П а ) р а с с ч и т ы в а л а с ь п о ф о р м у л е
Р
Н . = 3 7 , 8 4 - 2 , ( 1)
г д е Р - с и л а в н е д р е н и я и н д е н т о р а ( Н ) ; Н 1 - г л у б и н а в н е д р е н и я ( м к м ) . П р и
г = 1 п о л у ч а е м н е в о с с т а н о в л е н н у ю м и к р о т в е р д о с т ь , а п р и г = 2 - в о с с т а н о в
л е н н у ю .
С к а н и р у ю щ е е и н д е н т и р о в а н и е в ы п о л н я е т с я ц а р а п а н и е м в н е д р е н н о г о
с и л о й Р в п о в е р х н о с т ь и н д е н т о р а . П р и э т о м в о з м о ж н ы д в а р е ж и м а ц а р а п а
н и я : с к а н и р о в а н и е с о д н о в р е м е н н ы м у г л у б л е н и е м и н д е н т о р а ( р и с . 3 , а ) и
с к а н и р о в а н и е с п о с т о я н н о й с и л о й Р ( р и с . 3 , 6 ) .
П р и ц а р а п а н и и р е г и с т р и р у е т с я с и л а т р е н и я н а и н д е н т о р е - с и л а с о п р о
т и в л е н и я , д е й с т в у ю щ а я п е р п е н д и к у л я р н о н а п р а в л е н и ю с к а н и р о в а н и я ( в е р х
н я я и н и ж н я я л и н и и с и г н а л о в н а р и с . 3 , а ) , а т а к ж е г л у б и н а в н е д р е н и я
и н д е н т о р а п о т р а с с е с к а н и р о в а н и я ( р и с . 3 , 6 ) . П р и Р = 0 в е р т и к а л ь н о е
п е р е м е щ е н и е и н д е н т о р а д а е т т о п о г р а ф и ю п р о ф и л я п о в е р х н о с т и .
П р и м е н е н и е с о в р е м е н н ы х с р е д с т в р е г и с т р а ц и и с в е р х м а л ы х п е р е м е щ е
н и й и а в т о м а т и з а ц и и о б р а б о т к и д а н н ы х р а с ш и р я е т в о з м о ж н о с т и и с п о л ь
з о в а н и я м е т о д а н а н о с к л е р о м е т р и и п р и и с с л е д о в а н и и с т р у к т у р н ы х и с у б -
с т р у к т у р н ы х и з м е н е н и й в т о н к и х п о в е р х н о с т н ы х с л о я х . Н а п р и м е р , п о и з м е
н е н и ю с и л ы т р е н и я п р и с к а н и р о в а н и и с о д н о в р е м е н н ы м в д а в л и в а н и е м
и н д е н т о р а о п р е д е л я л а с ь т о л щ и н а п о в е р х н о с т н о г о п о к р ы т и я ( н и ж н я я л и н и и
с и г н а л о в н а р и с . 3 , а ) . Р е г и с т р и р у е м а я в р е а л ь н о м м а с ш т а б е в р е м е н и г л у
б и н а ц а р а п и н ы ( р и с . 3 , 6 ) д а е т о б ъ е к т и в н у ю и н ф о р м а ц и ю о б м и к р о т в е р д о с т и
с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в в д о л ь т р а с с ы с к а н и р о в а н и я [ 1 5 ] .
П о ф и з и ч е с к о й п р и р о д е д а н н ы й м е т о д м о ж н о о т н е с т и к м е т о д у “ н е п р е
р ы в н о г о ” о п р е д е л е н и я м и к р о т в е р д о с т и [ 1 6 ] . К р о м е э т о г о о н п о з в о л я е т о ц е
н и в а т ь п о т р а с с е с к а н и р о в а н и я н е о д н о р о д н о с т ь д е ф о р м а ц и о н н о - п р о ч н о с т
н ы х с в о й с т в п о в е р х н о с т н о г о с л о я - о д и н и з о п р е д е л я ю щ и х ф а к т о р о в д о л г о
в е ч н о с т и к о н с т р у к ц и й [ 1 7 , 1 8 ] .
Р е з у л ь т а т ы и с с л е д о в а н и й . В р а б о т е п р е д с т а в л е н ы р е з у л ь т а т ы э к с п е р и
м е н т а л ь н ы х и с с л е д о в а н и й , и л л ю с т р и р у ю щ и е о т д е л ь н ы е а с п е к т ы и с п о л ь з о
в а н и я м е т о д о в н а н о и н д е н т и р о в а н и я д л я д и а г н о с т и к и у с т а л о с т н о й п о в р е ж
д е н н о с т и п о в е р х н о с т н о г о с л о я м а т е р и а л о в .
И с с л е д о в а л и с ь п л о с к и е о б р а з ц ы и з а л ю м и н и е в о г о с п л а в а Д 1 6 А Т и
с т а л и 0 , 8 к п . О б р а з ц ы и з с п л а в а Д 1 6 А Т п о д в е р г а л и с ь ц и к л и ч е с к о м у п у л ь с и
р у ю щ е м у р а с т я ж е н и ю , а с т а л ь н ы е - и с п ы т ы в а л и с ь н а и з г и б .
Н а п о в е р х н о с т и р а б о ч е й ч а с т и о б р а з ц о в и з с п л а в а Д 1 6 А Т и с с л е д о в а
л и с ь д в а о д и н а к о в о н а г р у ж е н н ы х у ч а с т к а . О д и н у ч а с т о к п о л и р о в а л с я , д р у
г о й , с ц е л ь ю у с т р а н е н и я п о в е р х н о с т н ы х н а п р я ж е н и й , п р о т р а в л и в а л с я .
Н а п о л и р о в а н н о й п о в е р х н о с т и и н к у б а ц и о н н а я с т а д и я у с т а л о с т н о й п о
в р е ж д е н н о с т и х а р а к т е р и з у е т с я р о с т о м м и к р о т в е р д о с т и , ч т о о б у с л о в л е н о
п р о ц е с с а м и у п р о ч н е н и я м а т е р и а л а ( р и с . 4 ) . Н а п о с л е д у ю щ е й с т а д и и с о п р о
т и в л е н и е л о к а л ь н о м у п л а с т и ч е с к о м у д е ф о р м и р о в а н и ю с н и ж а е т с я , ч т о п р и -
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4 135
С. Р. Игнатович, И. М. Закиев, Д. И. Борисов, В. И. Закиев
в о д и т к у м е н ь ш е н и ю м и к р о т в е р д о с т и . Н а с т а д и и , п р е д ш е с т в у ю щ е й р а з р у
ш е н и ю , н а б л ю д а е т с я з н а ч и т е л ь н о е у в е л и ч е н и е м и к р о т в е р д о с т и . З н а ч е н и е
Н 1 в о з р а с т а е т в 4 р а з а . Э т о т п а р а м е т р м о ж е т и с п о л ь з о в а т ь с я в к а ч е с т в е
д и а г н о с т и ч е с к о г о п о к а з а т е л я у с т а л о с т н о й п о в р е ж д е н н о с т и с п л а в а .
б
Рис. 3. Внешний вид интерфейса при царапании с непрерывным вдавливанием индентора
(прямая линия) и регистрацией силы трения (а), изменение глубины внедрения индентора
вдоль трассы сканирования при P = const (б).
136 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов ...
Рис. 4. Изменение невосстановленной Н х и восстановленной Н 2 микротвердости сплава
Д16АТ в зависимости от числа циклов нагружения: температурные точки - протравленная
поверхность, светлые - полированная.
Д л я п р о т р а в л е н н о й п о в е р х н о с т и п о л у ч е н ы н е с к о л ь к о о т л и ч н ы е р е з у л ь
т а т ы . Е с л и Н 2 б л и з к а п о з н а ч е н и я м и х а р а к т е р у и з м е н е н и я м и к р о т в е р д о с т и
д л я п о л и р о в а н н о й п о в е р х н о с т и , т о д л я Н 1 н а ч а л ь н а я с т а д и я - р а з у п р о ч
н е н и е , а у п р о ч н е н и е , п р е д ш е с т в у ю щ е е р а з р у ш е н и ю , о т с у т с т в у е т .
Р а с с е и в а н и е г л у б и н ы в н е д р е н и я и н д е н т о р а к а к и м и к р о т в е р д о с т ь н е р е
г у л я р н о в п р о ц е с с е ц и к л и ч е с к о й н а р а б о т к и ( р и с . 5 ) .
О 20 40 ( 0 80 100 о 100 200 300 400 500
Число циклов, тыс. Число Ц1ШЛ0Е- тыс-
а б
Рис. 5. Изменение коэффициента вариации невосстановленной / и восстановленной /
глубины внедрения индентора для алюминиевого сплава (а) и стали (б) в зависимости от
числа циклов нагружения: темные точки - протравленная поверхность, светлые - полиро
ванная.
Н а б л ю д а ю т с я т р и х а р а к т е р н ы е с т а д и и и з м е н е н и я р а с с е и в а н и я . Н а п е р
в о й к о э ф ф и ц и е н т в а р и а ц и и у в е л и ч и в а е т с я , з а т е м у м е н ь ш а е т с я и п е р е д р а з
р у ш е н и е м о п я т ь в о з р а с т а е т ( р и с . 5 ) .
С т а д и й н о с т ь у с т а л о с т н о й п о в р е ж д е н н о с т и п р о я в л я е т с я и п р и и н д е н т и -
р о в а н и и ц а р а п а н и е м . П р о я в л е н и е с т а д и й н а п о л и р о в а н н о й и п р о т р а в л е н н о й
п о в е р х н о с т и з е р к а л ь н о п р о т и в о п о л о ж н о ( р и с . 6) .
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4 137
С. Р. Игнатович, И. М. Закиев, Д. И. Борисов, В. И. Закиев
а б
Рис. 6. Изменение математического ожидания (а) и среднего квадратичного отклонения (б)
глубины царапины для полированной и протравленной поверхности алюминиевого сплава в
зависимости от числа циклов нагружения. Сила внедрения индентора Р = 0,2 Н.
С л е д у е т о т м е т и т ь , ч т о п р и л о к а л ь н о м ( р и с . 5 , а ) и с к а н и р у ю щ е м ( р и с . 6, б )
и н д е н т и р о в а н и и р а с с е и в а н и е г л у б и н ы в н е д р е н и я и н д е н т о р а д л я
п р о т р а в л е н н о й п о в е р х н о с т и б о л ь ш е . Э т о с в и д е т е л ь с т в у е т о т о м , ч т о н а
п о в е р х н о с т и , с в о б о д н о й о т о с т а т о ч н ы х н а п р я ж е н и й , н е о д н о р о д н о с т ь д е ф о р
м а ц и о н н о - п р о ч н о с т н ы х с в о й с т в п р о я в л я е т с я б о л е е з н а ч и м о .
З а к л ю ч е н и е . С о в р е м е н н ы й э т а п р а з в и т и я н а н о и н д е н т и р о в а н и я о т к р ы
в а е т ш и р о к и е в о з м о ж н о с т и в р а з в и т и и м е т о д о л о г и и о ц е н к и с о с т о я н и я к о н с т
р у к ц и о н н ы х м а т е р и а л о в п о к р и т е р и я м п о в р е ж д е н н о с т и п о в е р х н о с т н о г о с л о я .
Р е з ю м е
М е т о д н а н о і н д е н т у в а н н я б а з у є т ь с я н а а в т о м а т и ч н о м у в и м і р ю в а н н і т а р е є с т -
_2
р а ц і ї с и л и , щ о д і є н а і н д е н т о р ( в і д 1 0 д о 5 Н ) , т а г л и б и н и в п р о в а д ж е н н я
_2
і н д е н т о р а ( в і д 1 0 д о 2 0 0 м к м ) . М е т о д п о д р я п и н и з а с н о в а н о н а н е п е р е р в
н і й р е є с т р а ц і ї с и л и о п о р у р у х у в п р о в а д ж е н о г о в п о в е р х н ю і н д е н т о р а .
1 . П р о н и к о в А . С. Н а д е ж н о с т ь м а ш и н . - М . : М а ш и н о с т р о е н и е , 1 9 7 8 . -
5 9 2 с .
2 . Я к о в л е ва Т. Ю . Л о к а л ь н а я п л а с т и ч е с к а я д е ф о р м а ц и я и у с т а л о с т ь м е т а л
л о в . - К и е в : Н а у к . д у м к а , 2 0 0 3 . - 2 3 8 с .
3 . Х а р т м у т И . И с с л е д о в а н и е з а к о н о м е р н о с т е й и з м е н е н и я м и к р о т в е р д о с т и
п р и с т а т и ч е с к о м и ц и к л и ч е с к о м н а г р у ж е н и я х л е г к и х с п л а в о в / / П р о б л .
п р о ч н о с т и . - 1 9 7 4 . - № 1 1 . - С . 1 9 - 2 3 .
4 . П о гр е б н я к А . Д . , Ж е л д у б о в с к и й А . В . К в о п р о с у о б о ц е н к е с о п р о т и в
л е н и я у с т а л о с т и ж а р о п р о ч н ы х м а т е р и а л о в н а о с н о в е и з м е р е н и й м и к р о
т в е р д о с т и . С о о б щ . 1 . З а к о н о м е р н о с т и и з м е н е н и я с о с т о я н и я п о в е р х н о с т и
в п р о ц е с с е у с т а л о с т и / / Т а м ж е . - 1 9 8 3 . - № 1 2 . - С . 2 7 - 3 1 .
5 . Б у л ы ч е в С. И ., А л е х и н В. П . И с п ы т а н и е м а т е р и а л о в н е п р е р ы в н ы м
в д а в л и в а н и е м и н д е н т о р а . - М . : М а ш и н о с т р о е н и е , 1 9 9 0 . - 2 2 4 с .
138 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Оценка поврежденности поверхностного слоя материалов
6 . М и лъ м а н Ю . В . Н о в ы е м е т о д и к и м и к р о м е х а н и ч е с к и х и с п ы т а н и й м а т е
р и а л о в м е т о д о м л о к а л ь н о г о н а г р у ж е н и я ж е с т к и м и н д е н т о р о м / / С о в р е м .
м а т е р и а л о в е д е н и е . X X I в е к . - К и е в : Н а у к . д у м к а , 1 9 9 8 . - С . 6 3 7 - 6 5 5 .
7 . С к лер о м ет р и я . Т е о р и я , м е т о д и к а , п р и м е н е н и е и с п ы т а н и й н а т в е р д о с т ь
ц а р а п а н и е м / П о д р е д . М . М . Х р у щ о в а . - М . : Н а у к а , 1 9 6 8 . - 2 1 9 с .
8 . Щ у к и н а Е. Д . , М и х а л с с к с Т. А ., Г р и н Р. Е . и др. М и к р о с к л е р о м е т р и я в
и з у ч е н и и в л и я н и я с р е д ы н а м е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а м е т а л л о в / / Ф и з и к а
и х и м и я о б р а б о т к и м а т е р и а л о в . - 1 9 8 8 . - № 3 . - С . 9 9 - 1 0 4 .
9 . S u n d a ra ra ja n S. a n d B h u sh a n B . D e v e l o p m e n t o f a c o n t i n u o u s m i c r o - s c r a t c h
t e c h n i q u e i n a n a t o m i c f o r c e m i c r o s c o p e a n d i t s a p p l i c a t i o n t o s t u d y s c r a t c h
r e s i s t a n c e o f u l t r a t h i n h a r d a m o r p h o u s c a r b o n c o a t i n g s / / J . M a t e r . R e s . -
2 0 0 1 . - 1 6 , N o . 2 . - P . 4 3 7 - 4 4 5 .
1 0 . Г о л о в и н Ю . И ., И в о л ги н В. И ., К о р е н к о в В. В ., Р я б к о Р. И . О п р е д е л е н и е
к о м п л е к с а м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в м а т е р и а л о в в н а н о о б ъ е м а х м е т о д а м и
н а н о и н д е н т и р о в а н и я . / / К о н д е н с и р о в а н н ы е с р е д ы и м е ж ф а з н ы е г р а
н и ц ы . - 2 0 0 1 . - 3 , № 2 . - С . 1 2 2 - 1 3 5 .
1 1 . W o lf B . I n f e r e n c e o f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s f r o m i n s t r u m e n t e d d e p t h s e n s i n g
i n d e n t a t i o n a t t i n y l o a d s a n d i n d e n t a t i o n d e p t h s / / C r y s t . R e s . T e c h n o l . -
2 0 0 0 . - 3 5 , N o . 4 . - P . 3 7 7 - 3 9 9 .
1 2 . Van L a n d in g h a m M . R . R e v i e w o f i n s t r u m e n t e d i n d e n t a t i o n / / J . R e s . N a t l .
I n s t . S t a n d . T e c h n o l . - 2 0 0 3 . - 1 0 8 , N o . 4 . - P . 2 4 9 - 2 6 5 .
1 3 . Б у л ы ч е в С. И . С о о т н о ш е н и е м е ж д у в о с с т а н о в л е н н о й и н е в о с с т а н о в л е н
н о й т в е р д о с т ь ю п р и и с п ы т а н и и н а н о м и к р о и н д е н т и р о в а н и е м / / Ж у р н .
т е х н . ф и з и к и . - 1 9 9 9 . - 6 9 . - В ы п . 7 . - С . 4 2 - 4 8 .
1 4 . И гн а т о в и ч С. Р ., З а к и е в И . М ., Б о р и с о в Д . И ., З а к и е в В. И . М е т о д и к а
и с с л е д о в а н и я ф и з и к о - м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в п о в е р х н о с т н ы х с л о е в м а т е
р и а л о в п р и у с т а л о с т и с и с п о л ь з о в а н и е м м н о г о ф у н к ц и о н а л ь н о г о п р и
б о р а “ М и к р о н - г а м м а ” / / А в и а ц . - к о с м и ч . т е х н и к а и т е х н о л о г и я . - 2 0 0 4 . -
В и п . 8 ( 1 6 ) . - С . 1 6 3 - 1 6 6 .
1 5 . Х р у щ о в М . М . С о в р е м е н н ы е м е т о д ы и с п ы т а н и я н а м и к р о т в е р д о с т ь
ц а р а п а н и е м , и х в а р и а н т ы , п р и м е н е н и е и п е р с п е к т и в ы и с п о л ь з о в а н и я / /
С к л е р о м е т р и я / П о д р е д . М . М . Х р у щ о в а . - М . : Н а у к а , 1 9 6 8 . - С . 5 - 2 4 .
1 6 . Г р и го р о в и ч В. К . К м е т о д и к е о п р е д е л е н и я м и к р о т в е р д о с т и ц а р а п а н и е м
/ / С к л е р о м е т р и я / П о д р е д . М . М . Х р у щ о в а . - М . : Н а у к а , 1 9 6 8 . - С . 4 4 -
4 9 .
1 7 . П р о к о п е н к о А. В ., М а к о вец к а я И . А ., Ш т у к а т ур о ва А . С. П о в е р х н о с т н ы е
с в о й с т в а и п р е д е л в ы н о с л и в о с т и м е т а л л а . С о о б щ . 2 . Н е р а в н о м е р н о с т ь
с в о й с т в н а п о в е р х н о с т и / / П р о б л . п р о ч н о с т и . - 1 9 8 6 . - № 6 . - С . 4 1 -
4 4 .
1 8 . Л е б е д е в А . А ., М у зы к а Н . Р ., В о л ч е к Н . Л . М е т о д д и а г н о с т и к и с о с т о я н и я
м а т е р и а л а п о п а р а м е т р а м р а с с е я н и я х а р а к т е р и с т и к т в е р д о с т и / / З а в о д .
л а б . - 2 0 0 3 . - 6 9 , № 1 2 . - С . 4 9 - 5 1 .
Поступила 04. 11. 2005
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4 139
|