ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», Киров, Россия:

А. В. Удалов, доцент кафедры материаловедения и основ конструирования, канд. техн. наук, эл. почта: a.v.udalov1960@gmail.com
А. А. Удалов, старший преподаватель Базовой кафедры металлургии, эл. почта: a.a.udalov1992@gmail.com

Стандартными методами измерения твердости фиксируется твердость материала, упрочненного в зоне внедрения индентора. Данный недостаток является основной причиной проявления размерного эффекта (indentation size effect, ISE) и снижения точности измерения. Представлена разработка механического способа определения твердости металлов и сплавов без учета упрочнения в зоне внедрения индентора. На основании линейной зависимости между твердостью и сопротивлением деформации материала получена формула для определения твердости без учета влияния упрочнения в зоне индентирования, которая позволяет повысить точность механических методов определения твердости, расширяет их функциональные возможности и область применения. Сущность предлагаемого способа поясняется на примере определения твердости образцов из стали 20, подвергнутых сжатию при различных степенях деформации. Методом испытания на сжатие построена кривая упрочнения, при помощи которой в зоне внедрения индентора определены сопротивление деформации материала и твердость без учета упрочнения. Разработанный способ измерения твердости металлов и сплавов позволяет повысить точность механических методов, избежать влияния размерного эффекта на конечный результат и может быть использован при оптимизации технологий изготовления деталей.

1. Флоссдорф Ф. Д., Виланд Х. Й. Материаловедение и технологии испытаний материалов // Черные металлы. 2010. № 5. С. 57–64.
2. Удалов А. В. Исследование влияния испытательной нагрузки на размерный эффект при измерении твердости материалов сферическим индентором // Черные металлы. 2020. № 9. С. 62–67.
3. Орешко Е. И., Уткин Д. А., Ерасов В. С., Ляхов А. А. Методы измерения твердости материалов (обзор) // Труды ВИАМ: электронный научно-технический журнал 2020. № 1 (85). С. 10.
4. Udalov A. A., Parshin S. V., Udalov A. V. Indentation size effect during measuring the hardness of materials by pyramidal indenter // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19, Iss. 5. P. 2034–2036.
5. Udalov A. A., Udalov A. V., Parshin S. V. Indentation Size Effect during Measuring the Hardness of Materials by Spherical Indenter // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. P. 1172–1177.
6. Удалов А. В., Паршин С. В., Удалов А. А. Определение сопротивления деформации металлов и сплавов методом внедрения индентора // Деформация и разрушение материалов. 2019. № 4. С. 40–44.
7. Huang Y., Gao H., Nix W. D., Hutchinson J. W. Mechanism-based strain gradient plasticity—II. Analysis // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2000. Vol. 48, Iss. 1. P. 99–128.
8. Ruiz-Moreno A., Hähner P. Indentation size effects of ferritic/martensitic steels: a comparative experimental and modelling study // Materials & Design. 2018. Vol. 145. P. 168–180.
9. Rashid K., Abu Al-Rub, Abu Faruk N. M. Prediction of Micro and Nano Indentation Size Effects from Spherical Indenters // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2012. Vol. 19, Iss. 1–3. P. 119–128.
10. Pharr G. M., Herbert E. G., Gao Y. The indentation size effect: a critical examination of experimental observations and mechanistic interpretations // Annual Review of Materials Research. 2010. Vol. 40, Iss. 1. P. 271–292.
11. Swadener J. G., George E. P., Pharr G. M. The correlation of the indentation size effect measured with indenters of various shapes // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2002. Vol. 50, Iss. 4. P. 681–694.
12. Voyiadjis G., Yaghoobi M. Review of Nanoindentation Size Effect: Experiments and Atomistic Simulation // Crystals. 2017. Vol. 7, Iss. 10. P. 321.
13. Nix W. D., Gao H. Indentation size effects in crystalline materials: a law for strain gradient plasticity // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1998. Vol. 46, Iss. 3. P. 411–425.
14. Pugno N. M. A general shape/size-effect law for nanoindentation // Acta Materialia. 2007. Vol. 55, Iss. 6. P. 1947–1953.
15. Матюнин В. М., Дубов А. А., Марченков А. Ю. Масштабный фактор при определении твердости металлических материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 9. С. 59–62.
16. Pavlina E. J., Van Tyne C. J. Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels // Journal of Materials Engineering and Performance. 2008. Vol. 17. P. 888–893.
17. Rudnitsky V. A., Kren A. P., Lantsman G. A. Determining Yield Strength of Metals by Microindentation with a Spherical Tip // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019. Vol. 55. P. 162–168.
18. Ngoc-Vinh Nguyen, Viet-Hung Truong, Thai-Hoan Pham, Seung-Eock Kim. Investigating the Relationship Between Hardness and Yield Strength of SS400 Steel Using Nanoindentation // International Journal of Advances in Mechanical and Civil Engineering (IJAMCE). 2017. Vol. 4, Iss. 1. Р. 12–13.
19. Krishna S. Ch., Kumar Gangwar N., Jha K. A., Pant Bh. On the Prediction of Strength from Hardness for Copper Alloys // Journal of Materials. 2013. DOI: 10.1155/2013/352578.
20. Tiryakioğlu M., Robinson J. S., Salazar-Guapuriche M. A., Zhao Y. Y., Eason P. D. Hardness–strength relationships in the aluminum alloy 7010 // Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 631, Iss. 17. P. 196–200.
21. Keist J. S., Palmer T. A. Development of strength-hardness relationships in additively manufactured titanium alloy // Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 693, Iss. 2. P. 214–224.
22. ГОСТ 7417–75. Сталь калиброванная круглая. Сортамент. — Введ. 01.01.1976.
23. ГОСТ Р ИСО 6507-1–2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. — Введ. 01.08.2008.
24. ГОСТ 23677–79. Твердомеры для металлов. Общие требования. — Введ. 01.01.1981.