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.
When determining the mechanical properties of materials in kinetic indentation tests using indentation diagrams, careful consideration of the elastic compliance of the device, i.e., the hardness tester, is required. The determined values of the Young's modulus of the tested material substantially depend on the reliability of the method of evaluation and accounting for the elastic compliance. Therefore, verification of the test techniques based on kinetic indentation should be carried out using the materials with the known, but rather different values of the Young's modulus. Successful experience has been gained to date in the evaluating and accounting for the elastic compliance of the device upon kinetic indentation of the materials by a diamond pyramid which is reflected in the relevant standards. However, there is no way of transferring this experience to the kinetic indentation by a steel or carbide ball without additional research and experimental verification. We proposes a technique for estimating the elastic compliance of a hardness tester using a kinetic ball indentation diagram based on the G. Hertz equation for the case of elastic contact of a ball with a plane. A linear correlation has been determined between the additional elastic deformations of the device and indentation load, which is characteristic of each device and independent on the ball diameter. The obtained dependence allows for correct consideration of the elastic compliance of the device using software applications in recording and processing the ball indentation diagrams. Experiments have been carried out to determine the hardness and the Young's modulus through ball instrumented indentation of different materials (steel, aluminum alloy, magnesium alloy, and titanium alloy) using the existing and developed methods of taking into account the elastic compliance of the device. The coincidence or proximity of the values of the Young's modulus of the same material determined from the ball indentation diagrams and sample tensile tests is considered the main criterion proving the accuracy of the technique. The advantages and shortcomings of the known and proposed procedures are discussed along with practical recommendations for their applications.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.