Рассмотрены вопросы измерения пластических характеристик металлов. Показано, что характеристики материалов, используемые для сравнения их пластичности, не являются сопоставимыми и зависят в разной степени от величины деформации, скорости деформации, модуля упругости. В то же время более физически обоснована величина пластичности, которая определяется по соотношению пластической деформации к общей деформации. Показано, что одним из оптимальных методов измерения пластичности (индекса пластичности) является индентирование. Изучена возможность применения для этой цели ударного микроиндентирования и предложены выражения, позволяющие рассчитать пластичность по результатам однократного вдавливания сферического индентора. Показаны особенности расчета деформации при данном виде испытаний. Установлено, что значения пластичности, получаемые исходя из соотношений глубин пластического и упругого внедрения индентора, эквивалентны значениям, рассчитываемым исходя из энергетических соотношений при ударе. Проведены экспериментальные исследования на металлах, имеющих различные твердость и вид кристаллической решетки. Впервые показано влияние скорости деформации, деформации и энергии удара (предударной скорости) на рассчитываемое значение пластичности при вдавливании сферы со скоростями деформации ~ 103 c–1. Показано, что при достижении деформации, соответствующей началу наступления полной пластичности при индентировании, достигается максимальная чувствительность измеряемого параметра пластичности для различных металлов.
1. Milman, Yu.V. Plasticity characteristic obtained through hardness measurement / Yu.V. Milman, B. A. Galanov, S.I. Chugunova // Acta Metallurgica et Materialia. – 1993. – Vol. 41, № 9. – P. 2523–2532. https://doi.org/10.1016/0956-7151(93)90122-9
2. Milman, Yu.V., Plasticity determined by indentation and theoretical plasticity of materials / Yu.V. Milman, S.I. Chugunova, I.V. Goncharova // Bull. Russ. Acad. Sci.: Physics. – 2009. – №73. – P. 1215–1222. https://doi.org/10.3103/S1062873809090093
3. Arunkumar, S. A review of indentation theory / S. Arunkumar // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, №11, part 3. – P. 23664–23673. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.156
4. Fischer-Cripps, A.C. Critical review of claims for ultra-hardness in nanocomposite coatings / A.C. Fischer-Cripps, S. J. Bull, N. Schwarzer // Philos. Mag. – 2012. – Vol. 92, № 13. – P. 1601–1630. https://doi.org/10.1080/14786435.2011.652688
5. Дрозд, М.С. Определение механических свойств металла без разрушения / М. С. Дрозд. – М.: Металлургия, 1965. – 171 с.
6. Геллер, А. Л. О возможности оценки качества металлургической продукции с помощью чисел твердости / А. Л. Геллер // Заводская лаборатория. – 1970. – Т. 36, № 12. – С. 1514–1519.
7. Milman, Yu.V. Plasticity characteristic obtained by indentation technique for crystalline and noncrystalline materials in the wide temperature range / Yu. V. Milman, S.I. Chugunova, I.V. Gonсharova // High Temp. Mater. Processes. – 2006. – Vol. 25, № 1–2. – P. 39–46. https://doi.org/10.1515/HTMP.2006.25.1-2.39
8. Cheng, Y. T. Scaling, dimensional analysis, and indentation measurements / Y. T. Cheng, C. M. Cheng // Mater. Sci. Eng., R. – 2004. – Vol. 44, №4–5. – P. 91–149. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.05.001
9. Plasticity of Materials Determined by the Indentation Method / Yu. V. Milman [et al.] // Prog. Phys. Met. – 2018. – Vol. 19, №3. – P. 271–308. https://doi.org/10.15407/ufm.19.03.271
10. Kren, A. Determination of the physic and mechanical characteristics of isotropic pyrolitic graphite by dynamic indentation method / A. Kren, T. Protasenya // Russ. J. Nondestr. Test. – 2014. – Vol. 50, № 7. – P. 419–425. https://doi.org/10.1134/S1061830914070079
11. Kren, A. Determination of the critical stress intensity factor of glass under conditions of elastic contact by the dynamic indentation method / A. Kren // Strength of Materials. – 2009. – Vol. 41, № 6. – P. 628–636. https://doi.org/10.1007/s11223-009-9172-x
12. Kren, A. Influence of the temperature during control of of the elastic modulus of a road pavement by the local contact straining method / A. Kren // Russ. J. Nondestr. Test. – 2010. – Vol. 46, №8. – P. 611–617. https://doi.org/10.1134/S1061830910080103
13. Tabor, D. The Hardness of metals / D. Tabor. – London: Oxford Univ. Press, 1951. – 173 p. https://doi.org/10.1299/jsmemag.56.414_592_5
14. Tirupataiah, Y. A comprehensive analysis of static indentation process / Y. Tirupataiah, G. Sundararajan // Mater. Sci. Eng. – 1987. – Vol. 91. – P. 169–180. https://doi.org/10.1016/0025-5416(87)90295-3
15. Johnson, K. Contact Mechanics / K. Johnson. – Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1985. – 452 p. https://doi.org/10.1017/CBO9781139171731
16. Oliver, W. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: advances in understanding and refnements to methodology / W. Oliver, G. Pharr // J. Mater. Res. – 2004. – Vol. 19, № 1. – P. 3–20. https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.1.3
17. Influence of the Dynamic Indentation Parameters on the Behavior of Metals during the Penetration of an Indenter with a Spherical Tip / A. P. Kren [et al.] // Russ. Metall. – 2021. – №4. – P. 563–569. https://doi.org/10.1134/S0036029521040170
18. Kren A. Determination of the relaxation function for viscoelastic materials at low velocity impact / A. Kren, A. Naumov // Int. J. Impact Eng. – 2010. – Vol. 37, №2. – P. 170–176. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.08.001
19. Mesarovic, S.Dj. Spherical indentation of elastic–plastic solids / S.Dj. Mesarovic, N.A. Fleck // Proc. R. Soc. Lond. A. – 1999. – Vol. 455. – P. 2707–2728. https://doi.org/10.1098/rspa.1999.0423
