Экспресс-контроль механических свойств алюминиевых сплавов инструментальным индентированием

Разработана методика определения механических свойств алюминиевых сплавов инструментальным индентированием шаровым индентором. В основе методики лежит установленная связь максимальной равномерной деформации при растяжении образца с параметром деформационного упрочнения в пластической области индентирования. Это дало возможность получить формулу для расчета отношения предела текучести к временному сопротивлению с использованием параметра деформационного упрочнения. Определены значения степени нагружения индентора, необходимые для достижения максимальной невосстановленной твердости по Бринеллю, которая прямо пропорциональна временному сопротивлению с постоянным коэффициентом пересчета для испытанных алюминиевых сплавов. Располагая временным сопротивлением и отношением предела текучести к временному сопротивлению, можно рассчитать предел текучести сплава, который по другим известным методикам индентирования определяется сравнительно сложно. Учитывая однозначную связь отношения предела текучести к временному сопротивлению с параметром деформационного упрочнения, последний предложено использовать в качестве диагностического параметра при оценке степени хрупкости конструкционных материалов — чем выше этот параметр, тем материал более склонен к хрупкому разрушению. Предложенная методика определения механических свойств инструментальным индентированием проста в исполнении и может быть легко автоматизирована, что повышает производительность контроля механических свойств алюминиевых сплавов.

1. Oreshko E., Yerasov V., Yakovlev N., Utkin D. Methods for determining the mechanical characteristics of materials using indentation / Aviation Mater. Technol. 2021. Vol. 62. No. 1. P. 104 – 118 [in Russian]. DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-1-104-118

2. Matlin M., Kazankin V., Kazankina E. Engineering solutions to contact problems in mechanical engineering. — Moscow: Innovative engineering, 2020. — 245 p. [in Russian].

3. Matyunin V. M. Indentation in the diagnosis of mechanical properties of structural materials. — Moscow: MPEI, 2015. — 288 p. [in Russian].

4. Useinov A., Reshetov V., Gusev A., Gladkih E. Optical spectroscopy combined in situ with instrumented indentation / J. Appl. Phys. 2022. Vol. 132. No. 12. DOI: 10.1063/5.0099166

5. Kim W., Lee J. J., Won J. H., Kwon D. Residual life-time evaluation method using instrumented indentation test / Key Eng. Mater. 2019. Vol. 810. P. 89 – 94. DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.810.89

6. Belosludtsev T., Kotolomov A., Nastich S., et al. Determination of mechanical properties of metal of annular welded joints and the base metal of pipes by instrumental indentation / Gas Industry. 2021. Vol. 823. No. 3. P. 118 – 128 [in Russian].

7. Lee J.-S., Jang J., Lee B.-W., et al. An instrumented indentation technique for estimating fracture toughness of ductile materials: a critical indentation energy model based on continuum damage mechanics / Acta Mater. 2006. Vol. 54. No. 4. P. 1101 – 1109. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.10.033

8. Kren A., Machikhin A., Marchenkov A. Impact indentation of metals in the transition region from the elastic to plastic state / J. Mater. Sci. 2023. Vol. 58. No. 2. P. 961 – 970. DOI: 10.1007/s10853-022-08122- 7

9. Matyunin V., Marchenkov A. Instrumented indent diagnostics of physical, mechanical and service properties of materials. — Moscow: Infra-M, 2025. — 231 p. [in Russian].

10. Reshetov V., Krasnogorov I., Soloviev V., et al. Equipment for instrumented indentation — principles of operation and design features / Nanoindustry. 2022. Vol. 15. No. 7 – 8. P. 466 – 477 [in Russian]. DOI: 10.22184/1993-8578.2022.15.7-8.466.476

11. Ogar P., Shilin V., Ugryumova E. Determination of the tensile strain by indenting the sphere / Key Eng. Mater. 2022. Vol. 910. P. 1049 – 1055. DOI: 10.4028/p-90b7md

12. Matyunin V., Marchenkov A., Volkov P., et al. Conversion of the instrumented indentation diagrams of ball indenter into stress-strain curves for metallic structural materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. No. 2. P. 54 – 63 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-54-63

13. Oreshko E., Utkin D., Yerasov V., Lyakhov A. Methods of measuring hardness of materials / VIAM Proc. 2020. Vol. 85. No. 1. P. 101 – 117 [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-1-101-117

14. Shveikin V., Kamantsev I., Pugacheva N. Application of microindentation of the evaluation of strain distribution over the section of extruded aluminum alloy bars / Diagn. Resource Mech. Mater. Struct. 2023. No. 6. P. 45 – 64 [in Russian]. DOI: 10.17804/2410-9908.2023.6.045-064

15. Konovalov V., Dubinsky S., Makarov A., Dotsenko A. Investigation of correlations between the mechanical properties of aviation materials / Aviation Mater. Technol. 2018. Vol. 51. No. 2. P. 40 – 46 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-40-46

16. Shibkov A., Zolotov A., Zheltov M., et al. Dynamics of deformation bands and fracture of aluminum-magnesium alloy AMg6 / Solid State Phys. 2011. Vol. 53. No. 10. P. 1873 – 1878 [in Russian].

17. Zuev L. B. Chernov – Luders and Portevin – Le Chatelier deformations in active deformable media of various nature / Appl. Mech. Techn. Phys. 2017. Vol. 58. No. 2. P. 164 – 171. DOI: 10.1134/s0021894417020171

18. Golovin Yu., Ivolgin V., Lebedkin M., Sergunin D. The area of existence of the Portevin – Le Chatelier effect under conditions of continuous indentation of Al – 2.7% Mg alloy at room temperature / Solid State Phys. 2004. No. 9. P. 1618 – 1620 [in Russian].

19. Matlin M., Mozgunova A., Kazankina E., Kazankin V. Methods of non- destructive testing of the strength properties of machine parts. — Moscow: Innovative Engineering, 2019. — 246 p. [in Russian].

20. Shabanov V. Resistance of metals to initial plastic deformation during indentation of a spherical indenter / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2008. Vol. 74. No. 6. P. 63 – 69 [in Russian].

21. Matyunin V., Marchenkov A., Karimbekov M., et al. On the correlation of ultimate tensile stress with Brinell hardness for ferrous and non-ferrous structural materials / Met. Technol. 2021. No. 4. P. 34 – 41 [in Russian]. DOI: 10.31044/1684-2499-2021-0-4-34-41

22. Martens A., Heyn E. Vorrichtung zur Vereinfachten Pruffung der kugeldruckharte und die damiterzeielten Ergebnisse / Zeitsch. Ver. Deutscher Ing. 1908. Vol. 52. No. 43. P. 1719 – 1723.

23. Markovets M. Determination of mechanical properties of metals by hardness. — Moscow: Mashinostroenie, 1971. — 192 p. [in Russian].

24. Pavlina E. J., Van Tyne C. Correlation of yield strength and tensile strength with hardness for steels / J. Mater. Eng. Perform. 2008. Vol. 17. No. 6. P. 888 – 892. DOI: 10.1007/s11665-008-9225-5

25. Sandomirsky C. Generalized correlations dependence between the tensile strength and hardness of steels / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. No. 11. P. 52 – 57 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028- 6861-2017-83-11-52-57

26. Matyunin V., Volkov P., Marchenkov A., et al. Scratch testing of surface layers of materials and coatings using acoustic emission / Met. Technol. 2023. No. 12. P. 17 – 23 [in Russian]. DOI: 10.31044/1684-2499-2023-0-12-17-23