Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования
Методом инструментального автоматического индентирования с использованием новой методологии обработки и анализа результатов для большого количества различных материалов аналитически и экспериментально установлены величины деформации εIT и напряжения σIT, которые соответствуют началу пластической деф...
Saved in:
| Published in: | Электронная микроскопия и прочность материалов |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63535 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования / С.А. Фирстов, В.Ф. Горбань, Э.П. Печковский // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 75-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242051313958912 |
|---|---|
| author | Фирстов, С.А. Горбань, В.Ф. Печковский, Э.П. |
| author_facet | Фирстов, С.А. Горбань, В.Ф. Печковский, Э.П. |
| citation_txt | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования / С.А. Фирстов, В.Ф. Горбань, Э.П. Печковский // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 75-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Электронная микроскопия и прочность материалов |
| description | Методом инструментального автоматического индентирования с использованием новой методологии обработки и анализа результатов для большого количества различных материалов аналитически и экспериментально установлены величины деформации εIT и напряжения σIT, которые соответствуют началу пластической деформации материала при простых схемах нагружения (растяжение, сжатие, изгиб).
Методом інструментального автоматичного індентування з використанням нової методології обробки й аналізу результатів для великої кількості різних матеріалів аналітично й експериментально встановлено величини деформації εIT і напруження σIT, які відповідають почаку пластичної деформації матеріалу при простих схемах навантаження (розтяг, стиск, згин).
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:30:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
75
УДК 620.178.1:539.533
Определение величин деформации и напряжения
начала пластического течения в материалах
методом инструментального индентирования
С. А. Фирстов, В. Ф. Горбань, Э. П. Печковский
Методом инструментального автоматического индентирования с
использованием новой методологии обработки и анализа результатов для
большого количества различных материалов аналитически и экспериментально
установлены величины деформации εIT и напряжения σIT, которые
соответствуют началу пластической деформации материала при простых
схемах нагружения (растяжение, сжатие, изгиб). Показано, что значение
напряжения σIT близко к величине предела пропорциональности σпц материала,
то есть σIT ≈ σпц. Установлена связь величин εIT и σIT с твердостью НIT мате-
риала, его модулем Юнга Е и контактным модулем упругости Еr пары
материал—индентор: εIT = 0,307(НIT/Еr) и σIT = 0,307НIT(Е/Еr) (для индентора
Берковича). Показано, что величина отношения твердости к пределу упругости
материала НIT/σIT определяется отношением модулей упругости Еr и Е в виде
НIT/σIT = 3,257(Еr/Е) и в зависимости от упругих свойств материала изменяется
в пределах 1,78—3,257.
Ключевые слова: инструментальное автоматическое индентирование,
высокопрочные материалы и покрытия, деформация, напряжение, отношение
твердости к напряжению.
Введение
Появление метода инструментального индентирования, позволяющего
записывать диаграмму нагружения в координатах сила—глубина
внедрения индентора, расширило возможности определения физико-
механических характеристик исследуемого материала. Благодаря работам
[1—6] стало возможным установление значений не только твердости, но и
модуля Юнга, коэффициента упругости и ползучести, вошедших в
стандарт ISO 14577-1:2002(Е) [7]. Ранее в работе [8] предложен подход,
позволяющий определять уровень упругой деформации в контактной
области, исходя из данных индентирования.
В работах [9—15] представлена новая методология обработки и
анализа результатов инструментального индентирования материалов. В ее
основе находится аналитически полученное уравнение индентирования,
которое устанавливает функциональную связь характеристик прочности и
деформации с показателями автоматически записанной диаграммы
индентирования:
НIT/Еr
= K (hs/hc). (1)
Здесь К = 0,687 ctg α — коэффициент формы индентора; НIT — твердость
по Мейеру; Еr — так называемый “эффективный”, “контактный”, “приве-
денный” модуль упругости пары материал—индентор — 1/Еr = (1 – ν2)/E +
+ (1 – ν0
2)/E0 (здесь ν — коэффициент Пуассона; Е — модуль Юнга мате-
риала, индекс “0” относится к материалу индентора); α — угол заточки
© С. А. Фирстов, В. Ф. Горбань, Э. П. Печковский, 2012
индентора (угол между высотой и гранью правильной трехгранной
пирамиды); hs — внеконтактная глубина внедрения индентора —
максимальное углубление (sink-in) в материале вокруг индентора (в этой
области отпечатка индентор не соприкасается с материалом, а материал
претерпевает только упругую деформацию) (рис. 1); hc — контактная
глубина внедрения индентора в материале (в этой области отпечатка
индентор и материал непосредственно соприкасаются, а материал
испытывает упругопластическую деформацию);
Для индентора Берковича (α = 65о) уравнение индентирования имеет
вид
НIT/Еr = 0,3206(hs/hc). (2)
Внеконтактная hs и контактная hс глубина внедрения определяется в
соответствии с установленной методикой [1, 2, 4, 5]:
hs = 0,72 Fmax /(dF/dhmax); hc = hmax – hs, (3)
где dF/dhmax — наклон ветви разгружения на ее начальном участке в
области действия упругой деформации материала (рис. 1).
При индентировании в системе материал—индентор осуществляются
упругая и пластическая деформации, а также возможно разрушение.
В контактной области происходит упругопластическая деформация εс,
которая определяется как [1—6]
εс = ln sin α. (4)
Во внеконтактной области имеет место только упругая деформация
материала εes, величина которой на глубине hs, как показано в работах [9—
13], связана с контактной деформацией εс соотношением
εes = εс (hs/hc). (5)
В работе [8] показано также, что форма индентора определяет
величину εс и автоматически обеспечивает ее постоянство в процессе
нагружения. Из этого следует, что, несмотря на непрерывное
увеличение глубин внедрения индентора hs и hc во внеконтактной и
контактной областях материала, величина их отношения hs/hc остается по-
стоянной. Значит, в соответствии с выражением (5) должно оставаться
hc
hs
hf
hmax
а б
Рис. 1. Схемы диаграммы автоматического индентирования (а) и взаимо-
действия индентора с материалом (б).
FmaxF
dF
dh
h
hmax
hshс
hост
76
77
постоянным и отношение соответствующих деформаций εes/εс. То есть
имеет место равенство
εes/εс = hs/hc. (6)
Справедливость выражения (6) следует также из того, что, поскольку
при нагружении отношение hs/hc = const, а контактная деформация εс при
данном угле заточки индентора также является константой,
следовательно, является константой и упругая деформация εes = εс(hs/hc), а
значит, и отношение εes/εс = const.
Таким образом, метод инструментального автоматического инден-
тирования позволяет непосредственно определять не только твердость НIT
и контактный модуль упругости Еr (а значит, и модуль Юнга Е), но и
деформацию εes, которую впредь будем обозначать как εIT. Однако в
проблеме определения механических характеристик хрупких материалов
и сверхтвердых покрытий, знание которых необходимо для их успешной
эксплуатации, остается много нерешенных задач.
Например, для высокопрочных материалов и сверхтвердых покрытий
выявление достоверных значений деформации εу и напряжения σу материала,
соответствующих началу пластической деформации, стандартными методами
затруднено в связи с неконтролируемым разрушением таких материалов
ниже предела текучести. В литературе практически отсутствуют
исследования по детальному изучению этих величин, полученных методом
инструментального автоматического индентирования. Настоящая работа
посвящена определению этих характеристик при индентировании различных
материалов, а также их взаимосвязи с другими физико-механическими
свойствами материала, выявляемых как при индентировании, так и при
стандартных методах испытания.
Методика эксперимента
Индентирование осуществляли методом инструментального микро-
индентирования на установке Микрон-гамма [16] при комнатной
температуре (нагрузка до F = 3 Н) алмазной пирамидой Берковича с углом
заточки 65о с автоматически выполняемыми нагружением и разгружением
на протяжении 30 с. Одновременно проводится запись диаграммы
индентирования в координатах F—h (сила—глубина внедрения). Точность
определения силы F составляла 10-3 Н, глубины внедрения h индентора —
±2,5 нм. Значения показателей F, hmax, hc, hs фиксировались по данным
измерений двух тысяч точек на диаграмме индентирования и, кроме того,
проводили автоматическое вычисление таких характеристик материала,
как твердость НIT, контактный модуль упругости Еr, модуль Юнга E, а
также деформация εIT и соответствующее ей напряжение σIT.
Экспериментальные результаты и их обсуждение
Деформация и напряжение в материале в неконтактной области
Из выражения (5) следует, что деформация материала εIT примени-
тельно к индентору Берковича (α = 65о) может быть представлена в виде
εIT = 0,0984 (hs/hc). (7)
Совместный анализ уравнения индентирования (1) и выражения для
деформации εIT (5) позволил установить связь трех характеристик
материала между собой: деформации εIT, твердости НIT и контактного
модуля упругости Еr; для индентора Берковича она имеет вид
εIT = 0,307 (НIT/Еr). (8)
Связь между деформацией εIT и соответствующим ей напряжением σIT,
возникающими в материале при индентировании, может быть описана
выражением, аналогичным закону Гука [6, 13, 18]
σIT = Е εIT , (9)
где Е — модуль Юнга.
Как показали экспериментальные данные (табл. 1—4), величины
деформации εIT и напряжения σIT материала, определенные при инден-
тировании с использованием выражений (7)—(9), близки к соответ-
ствующим значениям деформации εу и напряжения σу, определенным при
испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб. Приведенные результаты пока-
зывают, что напряжения σIT и σу различаются между собой в пределах 3—8%.
Т а б л и ц а 1. Механические свойства материалов, определенные
методом инструментального индентирования
*Материалы расположены в порядке возрастания величины деформации εIT
№ Материал* НIT,
ГПа
Е,
ГПа
Еr,
ГПа
εIT,
%
σIT,
ГПа Еr/Е НIT/σIT
1 Cr 2,0 250 223 0,30 0,75 0,892 2,91
2 Ti 1,0 100 95 0,33 0,33 0,952 3,09
3 Cu 2,0 132 125 0,50 0,66 0,947 3,08
4 W 6,9 400 331 0,70 2,80 0,827 2,69
5 Cu—Zr20 3,1 132 125 0,80 1,06 0,947 3,08
6 Ti деформ. 3,2 100 95 1,05 1,05 0,952 3,09
7 Ni—Al—Re 4,5 136 129 1,10 1,50 0,948 3,08
8 Ti50Zr25Nb25 3.2 65 64 1.60 1,04 0,985 3,21
9 ВК6М 18,1 299 250 2,20 6,58 0,836 2,72
10 Ti3SiC2 15,7 249 222 2,30 5,73 0,891 2,90
11 (Ti, W)C—Co 38,0 546 386 3,10 16,9 0,707 2,30
12 Ti—Zr—Ni—Cu
аморф. 13,3 124 118
3,50
4,35
0,943
3,08
13 SiO2 7,8 69 68 3,60 2,55 0,985 3,21
14 Ti—Zr—Ni
аморф. 9,6 78 77
4,00
3,12
0,985
3,21
15 TiN 43,3 429 327 4,10 17,59 0,762 2,48
16 Co—Fe—Si—B
аморф. 15,0 117 112
4,20
4,91
0,951
3,09
17 SiC 52,4 558 383 4,20 23,44 0,686 2.23
18 Si аморф. 12,1 86 85 4,40 3,78 0,985 3,21
19 MoN + TiN покр. 55,0 470 340 4,97 23,36 0,723 2,34
20 TiN покр. 60,0 480 350 5,26 25,25 0,729 2,37
21 Алмаз нано 95,0 940 536 4,99 48,90 0,570 1,85
22 Алмаз моно 98,0 1000 556 5,33 53,92 0,556 1,81
(индентор Берковича, угол заточки α = 65о).
78
Т а б л и ц а 2. Механические свойства сплава Ti—25Nb (% (мас.)),
определенные разными методами испытаний
Метод
испытания
Е,
ГПа
Еr,
ГПа
НІТ,
ГПа
εIT,
%
σIT,
ГПа НІТ/σIT
εупр,
%
σупр,
МПа
Индентирование 67 66 2,35 1,09 732 3,21 — —
4-точечный изгиб 67 — — — — — 1,01 675
Растяжение 67 — — — — — 1,01 678
Сжатие 67 — — — — — 1,06 720
Т а б л и ц а 3. Сопоставление механических свойств, полученных в
условиях инструментального индентирования и четырехточечного
изгиба
Индентирование Изгиб
Состав HIT,
ГПa εIT, % σIT, ГПа Е, ГПa ε, % σр, ГПа
Р6М3Ф5К5 12,8 1,79 4,54 245 1,46 3,48
Р6М7Ф5К10 13,7 1,91 4,84 250 1,34 3,28
Р12М3Ф2К5 12,6 1,84 4,42 221 1,43 3,19
Ti-25Nb 2,35 1,09 0,73 67 1,01 σупр0,67
Результаты индентирования
пластичного сплава Ti—25Nb
(% (мас.)) сопоставлены с
испытаниями на изгиб трех
высокопрочных сталей (табл. 3).
Деформация εIT и соответ-
ствующее напряжение σIT
сталей, определенные при
индентировании, заметно
выше напряжения разруше-
ния σр при изгибе. В данном
случае это объясняется тем,
что при испытании сталей на
изгиб они разрушались, не
достигнув предела упругости.
Сплав Ti—25Nb обладал
пластичностью, что позволило
Т а б л и ц а 4. Характеристики
деформации и напряжения, получен-
ные при индентировании титана в
различных структурных состояниях
(прокатка на разные степени) и
одноосном сжатии (Е = 100 ГПа) [15]
Прокатка,
истинная
дефор-
мация е
HIT,
ГПа
εIT,
%
σIT,
ГПа
Растяже-
ние σ0,5,
ГПа
Литой 1,60 0,48 0,48 0,52
0,35 1,85 0,60 0,60 0,64
0,50 2,06 0,67 0,67 0,67
1,00 2,10 0,68 0,68 0,78
1,25 2,22 0,72 0,72 0,82
1,60 2,70 0,87 0,87 0,93
определить его предел упругости при изгибе σупр. Как видно, значения σIT
и σупр в этом случае практически совпадают.
79
В табл. 4 представлены результаты сравнительных исследований
механических свойств титана, предварительно прокатанного на разные
степени деформации, методами индентирования и одноосного сжатия [16].
Из данных следует, что соответствующие значения напряжений σIT и σ0,5
для всех структурных состояний прокатанного титана незначительно
отличаются между собой.
Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют
считать, что деформация εIT и соответствующее ей напряжение σIT,
определенные при индентировании, близки к деформации и напряжению
на начальных этапах пластической деформации при простых схемах
нагружения (растяжение, сжатие, изгиб), а конкретное значение σIT близко
к величине предела пропорциональности σпц, то есть σIT ≈ σпц.
Следовательно, метод инструментального автоматического индентиро-
вания позволяет определять такие характеристики материала, как дефор-
мация εIT, при превышении которой начинается пластическая деформация,
а также соответствующее ей напряжение — предел пропорциональности
или условный предел текучести σIT ≈ σпц. Это особенно актуально для
материалов с особыми свойствами, таких, например, как сверхтвердые
хрупкие материалы и покрытия (табл. 1), для которых выявление
истинных значений этих характеристик весьма проблематично.
Связь напряжения с твердостью при индентировании
Уравнение индентирования (1), выраженное через деформацию εIT для
индентора Берковича в виде НIT/Еr = 3,257εIT, можно представить в
терминах напряжений. Для этого, подставив в данное выражение величину
деформации εIT из формулы (9) εIT = σIT/Е, получили
НIT/Еr = 3,257(σIT/Е). (10)
Далее, группируя величины напряжений в уравнении (10), получаем
соотношение между твердостью и напряжением в материале при
индентировании
σIT = 0,307НIT (Е/Еr). (11)
На рис. 2 представлены экспериментально полученные значения
напряжения в материале σIT, выше которых для каждого изученного
материала наступает пластическая деформация (табл. 1), а также
аналитическая зависимость (11). Видно достаточно хорошее совпадение
экспериментальных данных (табл. 1) и расчетных значений напряжения
σIT (11) для самых различных материалов. При этом для материалов, у
которых значения модуля Юнга Е и контактного модуля упругости Еr
близки между собой Е ≈ Еr (в зависимости от величины коэффициента
Рис. 2. Зависимость напряжения
σIT от твердости HIT для разных
материалов (табл. 1) при инденти-
ровании индентором Берковича
(α = 65о): ○ — экспериментальные
данные; 1 — аналитически полу-
ченная зависимость σIT =
= 0,307НIT(Е/Еr) (выражение (11));
2 — расчетные данные, полу-
ченные в работе [19] методом
молекулярной динамики для
сверхтвердых покрытий.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
σ
IT
,
Г
П
а
Твердость материала, HIT, ГПа
Алмаз
1
2
80
Пуассона ν это соблюдается для значений модуля Юнга <100—140 ГПа),
зависимость (11) может рассматриваться близкой к прямолинейной.
В этом случае выполняются соотношения σIT ≈ 0,307HIT или HIT/σIT ≈ 3,26.
При этом твердость материалов не превышает HIT = 20—25 ГПа.
Рис. 3. Экспериментально
полученная зависимость (○)
отношения твердости к
напряжению НIT/σIT от
отношения контактного
модуля упругости к модулю
Юнга Еr/Е для изученных
материалов (табл. 1). Прямая
линия — аналитически
полученная зависимость
НIT/σIT = 3,257(Еr/Е) (выраже-
ние (12)). Использован
индентор Берковича α = 65о.
0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
H
IT
/
σ IT
Отношение модулей упругости материалов Er /E
Алмаз
Еr/E
Представленные на рис. 2 экспериментальные данные (табл. 1) и
аналитическая зависимость (11) для σIT (кривая 1) нашли подтверждение в
расчетных данных, полученных в работе [19] методом молекулярной
динамики для сверхтвердых покрытий (кривая 2). Видно достаточно
хорошее совпадение всех трех групп данных вплоть до значений
твердости материалов 60—65 ГПа.
Практическая ценность соотношения (11) состоит в том, что оно
позволяет для широкого спектра материалов, практически без ограничения
состава, структурного состояния и размера образца, в том числе и
сверхтвердых и хрупких при комнатной температуре, непосредственно
определять напряжение начала пластического течения σпц. При этом
достигается это без особых затруднений — благодаря разработанной
авторами методологии обработки и анализа результатов автоматического
индентирования [9—13]. Выражение (11) позволяет также найти величину
отношения твердости к напряжению
НIT/σIT = 3,257(Еr/Е). (12)
Из выражения (12) следует, что величина отношения твердости к
напряжению НIT/σIT определяется упругими свойствами материала (точнее,
их величиной по сравнению с упругими свойствами индентора-алмаза
Еr/Е). На рис. 3 представлены экспериментальные данные (табл. 1) и
зависимость (12) между двумя отношениями НIT/σIT и Еr/Е. Видно, что
отношение твердости к напряжению НIT/σIT для разных материалов
различно и в зависимости от материала изменяется в пределах НIT/σIT =
= 1,78—3,257.
81
алмаза-индентора (Е = 1000—1160 ГПа [6]), а также от коэффициента
Пуассона (ν = 0,07—0,12 [20])).
Из известных материалов наибольшую величину отношения НIT/σIT ≈
≈ 1,78 имеет предельно упругий материал алмаз, у которого наибольший
модуль Юнга и, следовательно, наименьшая величина отношения
контактного модуля упругости Еr к модулю Юнга Е: Еr/Е ≈ 0,56. (Величина
отношения Еr/Е зависит от значений модуля Юнга алмаза-объекта и
82
вен контактному модулю упругости Еr
(ра
инструментального автоматического индентирования с
использованием новой методоло отки и анализа результатов для
бол
и с а
IT
алов с помощью кинетической диаграммы
2.
авство ХХІ сторіччя. — К.: Наук. думка, 1998. — С. 637—656.
4. Doener M. F. and Nix W. D. Indentation problems // J. Mater. Res. — 1986. —
1. — P. 601—614.
Предельную величину НIT/σIT ≈ 3,26 имеют материалы, у которых
модуль Юнга Е практически ра
венство Е ≈ Еr имеет место, как уже упоминалось, при величине модуля
Юнга <100—140 ГПа и соответствующем значении коэффициента
Пуассона ν.
Выводы
Методом
гии обраб
ьшого количества различных материалов аналитически и экспе-
риментально определены величины деформации εIT и соответствующего
ей напряжения σIT в материале в неконтактной области (углубление вокруг
погруженного индентора).
Экспериментально показано, что величины деформации εIT и
напряжения σIT соответствуют деформации и напряжению на начальных
этапах пластической деформаци материала при простых хем х
нагружения (растяжение, сжатие, изгиб). При этом величина напряжения
σIT близка к величине предела пропорциональности σпц, то есть σIT ≈ σпц.
Установлена связь величин εIT и σIT с твердостью НIT материала, его
модулем Юнга Е и контактным модулем упругости Еr пары материал—
инд 3ентор: εIT = 0,307(НIT/Еr) и σIT = 0, 07НIT(Е/Еr) (индентор Берковича).
Полученные экспериментальные результаты нашли подтверждение в
расчетных данных, представленных в работе [19] для сверхтвердых
покрытий методом молекулярной динамики.
Аналитически и экспериментально показано, что величина отношения
твердости к напряжению материала НIT/σ определяется величиной
отношения модулей упругости Еr и Е и в зависимости от конкретного
материала может изменяться в интервале значений НIT/σIT = 1,78—3,257.
Предельную величину отношения НIT/σIT ≈ 1,78 имеет предельно упругий
материал алмаз. Предельную величину НIT/σIT ≈ 3,25 имеют материалы, у
которых модуль Юнга Е практически равен контактному модулю
упругости Еr.
Метод инструментального автоматического индентирования с
использованием новой методологии обработки и анализа результатов
поз рволяет п и комнатной температуре определять конкретные значения
начала пластической деформации и соответствующего напряжения для
хрупких материалов и сверхтвердых покрытий, что недоступно для других
известных методов испытания.
1. Булычев С. И., Алехин В. П., Шоршоров М. Х., Терновский А. П. Исследование
механических свойств матери
нагрузка—глубина отпечатка при микровдавливании // Проблемы
прочности. — 1976. — № 9. — С. 79—83.
Булычев С. М. Достижения и перспективы испытания материалов непрерыв-
ным вдавливанием индентора // Завод. лаборатория. — 1992. — 38, № 3. —
С. 29—36.
3. Мильман Ю. В. Новые методики микромеханических испытаний материалов
методом локального нагружения жестким индентором // Сучасне
матеріалозн
83
e n i a
ии индентора // Докл. АН СССР. — 1984. — 274,
7.
алы. — 1999. — № 3. — С. 25—38.
№ 12. — С. 100—106.
нологии. — 2007. —
11.
12.
ческих свойств материалов методом автоматического
7
13. ский Э. П. Новые методологические
14. вский Э. П. Связь параметров упругости, полученных
15.
ктеристик деформации, упругости и прочности новых
17.
mall Talk-2003”, San Diego,
18.
. —
19.
// Surf.&Coat. Techn. — 2009. —
20.
1. — 10, No. 11. — P. 823—837.
5. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by
instrument d indentatio : Advances n underst nding and refinements to
methodology // Ibid. — 2004. — 19, No.1. — P. 3—21.
6. Галанов Б. А., Григорьев О. Н., Мильман Ю. В. Определение твердости и
модуля Юнга при внедрен
№ 4. — C. 815—818.
ISO 14577-1:2002(E). Instrumented indentation test for hardness and materials
parameters. Part 1: Test method. Date: 2002-09-22.
8. Галанов Б. А., Мильман Ю. В., Чугунова С. И., Гончарова И. В. Исследование
механических свойств высокотвердых материалов методом индентирования //
Сверхтвердые матери
9. Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П., Мамека Н. А. Уравнение
индентирования // Доп. НАН України. — 2007. —
10. Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П., Мамека Н. А. Связь
прочностных характеристик материалов с показателями автоматического
индентирования // Материаловедение. — М.: Наука и Тех
№ 11. — С. 26—31.
Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П. Новая методология
обработки и анализа результатов автоматического индентирования
материалов. — К.: Логос, 2009. — 82 с.
Горбань В. Ф., Печковский Э. П., Фирстов С. А. Роль упругой деформации в
определении механи
индентирования // Металлофизика и новейшие технологии. — 2010. — 32,
№ 5. — С. 6 3—684.
Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печков
возможности определения механических свойств современных материалов
методом автоматического индентирования // Наука та інновації. — 2010. — 6,
№ 5. — С. 7—18.
Горбань В. Ф., Печко
методом инструментального индентирования, со структурным состоянием
материала // Порошковая металлургия. — 2010. — № 7/8. — С. 55—62.
Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П. Актуальные проблемы
определения хара
материалов, а также структурных и фазовых превращений в них методом
индентирования // Материалы конф. “Актуальные проблемы прочности”,
15—17 октября 2007 г., Минск. Ч. 2. — С. 3—8.
16. Борисовская Е. М., Подрезов Ю. А. Горбань В. Ф. и др. Влияние
предществующей деформации на микротвердость титана // Электронная
микроскопия и прочность материалов. — 2006. — Вып. 13. — С. 72—87.
Aznakayev E. Micron-gamma for estimation the physico-mechanical properties of
micro-materials // Proc. of the Internat. сonf. “S
California, USA, 2003. — TP.001. — P. 8—10.
Галанов Б. А., Григорьев О. Н. Аналитическая модель индентирования
хрупких материалов // Электронная микроскопия и прочность материалов
2006. — Вып. 13. — С. 4—42.
Maritza G. J., Veprek-Heijman, Ratko G., Veprek H. еt al. Non-linear finite
element constitutive modelling of indentation
203. — P. 3385—3391.
Greaves G. N., Greer A. L., Lakes R. S. and Rouxel T. Poisson’s ratio and modern
materials // Nature Materials. — 201
84
методом інструментального індентування
С. О. Фірстов, В. Ф. Горбань, Е. П. Пєчковський
Методом ін анням
нової методол і різних
матеріалів аналі ормації εIT
і напруження σ матеріалу
при простих схе о значення
напруження σ близько до величини межі пропорційності σ матеріалу, тобто
S. A. Firstov, V. F. Gorban, E. P. Pechkovsky
The method of an with use of new
methodology of materials
analytically also expe IT values which
correspond to the begi ple circuits of a
loading (tension, co IT is close to
σ σ ≈ σ ε σ
Визначення величин деформації та напруження
початку пластичної деформації в матеріалах
струментального автоматичного індентування з використ
огії обробки й аналізу результатів для великої кількост
тично й експериментально встановлено величини деф
, які відповідають поча ку пластичної деформаціїIT
мах навантаження (розтяг, стиск, згин). Показано, щ
т
IT пц
σIT ≈ σпц. Встановлений зв’язок величин εIT і σIT із твердістю НIT матеріалу, його
модулем Юнга Е і контактним модулем пружності Еr пари матеріал—індентор:
εIT = 0,307(НIT/Еr) і σIT = 0,307НIT(Е/Еr) (для індентора Берковича). Встановлено,
що величина відношення твердості до межі напруження матеріалу НIT/σIT
визначається відношенням модулів пружності Еr і Е у вигляді НIT/σIT = 3,257(Еr/Е)
і залежно від конкретного матеріалу може змінюватися в межах НIT/σIT = 1,78—
3,257. Показано, що методом інструментального автоматичного індентування
при кімнатній температурі можна визначати конкретні значення початку
пластичної деформації й відповідного напруження для крихких матеріалів і
надтвердих покриттів, що недоступно для інших відомих методів випробування.
Ключові слова: інструментальне автоматичне індентування, високоміцні
матеріали й покриття, деформація, напруження, відношення твердості до
напруження.
Assignment of strain and stress values
for the beginning of plastic yielding in materials
by instrumented indentation method
instrumented automatic indentation method
processing and the analysis of results on a plenty of various
rimentally establishes of strain εIT and stress σ
nning of plastic yieldi of a material at simng
mpression, bend). It is shown that value of stress σ
proportional limit value pl of a material, i. e. IT pl. Connection of values IT and IT
with hardness НIT of a material, its modulus of elasticity E and the contact module of
elasticity Еr of pair a material — an indentor is established: εIT = 0,307(НIT/Еr) and
σIT = 0,307НIT⋅(Е/Еr) (for Berkovich's indentor). It is established that the value of the
relation of hardness to a stress of material НIT/σIT is determined by value of the relation
of elastic moduluses Еr and Е as НIT/σIT = 3,257(Еr/Е) and depending on a concrete
material can change in limits НIT/σIT = 1,78—3,257. It is shown that an instrumented
automatic indentation method at room temperature it is possible to define concrete
values of the beginning of plastic strain and a corresponding stress for brittle materials
and superfirm coverings that is inaccessible to other known test methods.
Keywords: instrumented automatic indentation, high-strength materials and coverings,
strain, stress, relation of hardness to stress.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63535 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0048 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:30:53Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Фирстов, С.А. Горбань, В.Ф. Печковский, Э.П. 2014-06-03T13:33:25Z 2014-06-03T13:33:25Z 2012 Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования / С.А. Фирстов, В.Ф. Горбань, Э.П. Печковский // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 75-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. XXXX-0048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63535 620.178.1:539.533 Методом инструментального автоматического индентирования с использованием новой методологии обработки и анализа результатов для большого количества различных материалов аналитически и экспериментально установлены величины деформации εIT и напряжения σIT, которые соответствуют началу пластической деформации материала при простых схемах нагружения (растяжение, сжатие, изгиб). Методом інструментального автоматичного індентування з використанням нової методології обробки й аналізу результатів для великої кількості різних матеріалів аналітично й експериментально встановлено величини деформації εIT і напруження σIT, які відповідають почаку пластичної деформації матеріалу при простих схемах навантаження (розтяг, стиск, згин). ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электронная микроскопия и прочность материалов Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования Визначення величин деформації та напруження початку пластичної деформації в матеріалах методом інструментального індентування Assignment of strain and stress values for the beginning of plastic yielding in materials by instrumented indentation method Article published earlier |
| spellingShingle | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования Фирстов, С.А. Горбань, В.Ф. Печковский, Э.П. |
| title | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| title_alt | Визначення величин деформації та напруження початку пластичної деформації в матеріалах методом інструментального індентування Assignment of strain and stress values for the beginning of plastic yielding in materials by instrumented indentation method |
| title_full | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| title_fullStr | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| title_full_unstemmed | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| title_short | Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| title_sort | определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63535 |
| work_keys_str_mv | AT firstovsa opredelenieveličindeformaciiinaprâženiânačalaplastičeskogotečeniâvmaterialahmetodominstrumentalʹnogoindentirovaniâ AT gorbanʹvf opredelenieveličindeformaciiinaprâženiânačalaplastičeskogotečeniâvmaterialahmetodominstrumentalʹnogoindentirovaniâ AT pečkovskiiép opredelenieveličindeformaciiinaprâženiânačalaplastičeskogotečeniâvmaterialahmetodominstrumentalʹnogoindentirovaniâ AT firstovsa viznačennâveličindeformacíítanapružennâpočatkuplastičnoídeformacíívmateríalahmetodomínstrumentalʹnogoíndentuvannâ AT gorbanʹvf viznačennâveličindeformacíítanapružennâpočatkuplastičnoídeformacíívmateríalahmetodomínstrumentalʹnogoíndentuvannâ AT pečkovskiiép viznačennâveličindeformacíítanapružennâpočatkuplastičnoídeformacíívmateríalahmetodomínstrumentalʹnogoíndentuvannâ AT firstovsa assignmentofstrainandstressvaluesforthebeginningofplasticyieldinginmaterialsbyinstrumentedindentationmethod AT gorbanʹvf assignmentofstrainandstressvaluesforthebeginningofplasticyieldinginmaterialsbyinstrumentedindentationmethod AT pečkovskiiép assignmentofstrainandstressvaluesforthebeginningofplasticyieldinginmaterialsbyinstrumentedindentationmethod |