ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ УРАВНЕНИЯ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ИНДЕНТИРОВАНИЯ
Аннотация
В данной работе обсуждается возможность определения коэффициентов уравнения состояния, описывающего упругопластическое поведение изучаемого материла, путем сопоставления экспериментальных данных с модельными расчетами. Примененный метод инструментального индентирования при использовании дополнительных методик позволяет получить не только значения твердости и модуля упругости, но и дополнительную информацию о зависимости этих величин от глубины погружения индентора, а также о вязкоупругих свойствах тестируемого материала. Исследование производилось с помощью модернизированного нанотвердомера НаноСкан-4D, оснащенного сапфировым сферическим индентором. Форма индентора была получена при помощи сканирования атомно-силовым микроскопом. Работа с минимальными нагрузками и максимальным латеральным разрешением, которые требуются для исследования структурированных материалов, возможна при использовании наноиндентационного модуля НаноСкан-4D и индентора с радиусом кривизны менее 20 мкм. Представлены результаты измерения для сферического индентора при исследовании материалов с различными типами химических связей. Помимо образцов металлов (сталь, алюминий, алюминиевые сплавы D16 и AMg6), измерялись образцы поликарбоната и плавленого кварца. Полученные данные указывают на линейный характер кривой сигма-эпсилон для исследованных материалов. На основе анализа полученных данных делается вывод о перспективности такого рода исследований и информативности результатов инструментального индентирования в плане получения информации о параметрах упругопластического поведения тестируемого материала. Важным направлением дальнейших исследований, расширяющих возможности получения дополнительной информации о упругопластических свойствах, является разработка методики получения достоверной информации о диаграмме сигма-эпсилон при индентировании кристаллических материалов инденторами с разными углами при вершине.
Литература
Hyun H.C., Lee J.H., Kim M., Lee H. A spherical indentation technique for property evaluation of hyperelastic rubber. J. Mater. Res. 2012. V. 27. N 20. P. 2677–2690. DOI: 10.1557/jmr.2012.241.
Phadikar J.K., Bogetti T.A., Karlsson A.M. On estab-lishing elastic-plastic properties of a sphere by indentation testing. Int. J. Solids Struct. 2012. V. 49. N 14. P. 1961–1972. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.04.001.
Park S.-J., Seo M.-K. Solid-Solid Interfaces. Interface Sci. Technol. 2011. V. 18. P. 253–331. DOI: 10.1016/B978-0-12-375049-5.00004-9.
Zhang Y. Transitions between different contact models. J. Adhes. Sci. Technol. 2008. V. 22. N 7. P. 699–715. DOI: 10.1163/156856108X309648.
Ghosh A., Arreguin-Zavala J., Aydin H., Goldbaum D., Chromik R., Brochu M. Investigating cube-corner inden-tation hardness and strength relationship under quasistatic and dynamic testing regimes. Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 677. P. 534–539. DOI: 10.1016/j.msea.2016.08.067.
Lee H., Haeng Lee J., Pharr G.M. A numerical approach to spherical indentation techniques for material property evaluation. J. Mech. Phys. Solids. 2005. V. 53. N 9. DOI: 10.1016/j.jmps.2005.04.007.
Lim D., Lee J.H., Choi Y., Lee H. A numerical approach to spherical indentation techniques for creep property evaluation. Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A. 2013. V. 37. N 10. P. 1229–1237. DOI: 10.3795/KSME-A.2013.37.10.1229.
Prakash R.V., Chow S.S. An evaluation of stress-strain property prediction by Automated Ball Indentation (ABI) testing. J. Test. Eval. 2007. V. 35. N 3. P. 221–232. DOI: 10.1520/JTE100180.
Prakash R.V., Dhaka P., Prasad Reddy G.V., Sandhya R. Understanding the fatigue response of small Vume specimens through novel fatigue test methods – Experimental results and numerical simulation. Theor. Appl. Fract. Mech. 2019. V. 103. DOI: 10.1016/j.tafmec.2019.102304.
Moerman K.M., Fereidoonnezhad B., McGarry J.P. Novel hyperelastic models for large Vumetric deformations. Int. J. Solids Struct. 2020. V. 193–194. P. 474–491. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2020.01.019.
Huang L., Zhong J., Chen G., Xu T., Guan K. Method-ology to evaluate strength properties of steel by single instrumented indentation test. J. Strain Anal. Eng. Des. 2021. V. 56. N 6. P. 404–416. DOI: 10.1177/03093247211014761.
Kim S.H., Lee B.W., Choi Y., Kwon D. Quantitative determination of contact depth during spherical indentation of metallic materials - A FEM study. Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 415. N 1–2. P. 59–65. DOI: 10.1016/j.msea.2005.08.217.
Li B., Zhang S., Li J., Wang J., Lu S. Quantitative evaluation of mechanical properties of machined surface layer using automated ball indentation technique. Mater. Sci. Eng. A. 2020. V. 773. DOI: 10.1016/j.msea.2019.138717.
Lee J.H., Kim T., Lee H. A study on robust indentation techniques to evaluate elasticplastic properties of metals. Int. J. Solids Struct. 2010. V. 47. N 5. P. 647–664. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.11.003.
Ullner C., Subaric-Leitis A., Bartholmai M. Uncertainty of elastoplastic material parameters calculated from the spherical indentation in the macro range. J. Test. Eval. 2021. V. 49. N 6. DOI: 10.1520/JTE20200683.
Barbadikar D.R., Ballal A.R., Peshwe D.R., Ganeshkumar J., Laha K., Mathew M.D. A study on the effect of tempering temperature on tensile properties of P92 steel by automated ball indentation technique. Proc. Eng. 2014. V. 86. P. 910–918. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.11.113.
Kumar J.G., Vijayanand V.D., Nandagopal M., Laha K. Evaluation of variation of tensile strength across 316LN stainless steel weld joint using automated ball indentation technique. Mater. High Temp. 2015. V. 32. N 6. P. 619–626. DOI: 10.1179/1878641315Y.0000000008.
Wesemann C., Spies B.C., Schaefer D., Adali U., Beuer F., Pieralli S. Accuracy and its impact on fit of injection molded, milled and additively manufactured occlusal splints. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2021. V. 114. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.104179.
Gladkikh E.V., Kravchuk K.S., Useinov A.S., Nikitin A.A., Rogozhkin S.V. Comparison of Hardening Effects of Eurofer97 and ODS Eurofer Steels Under Ion Irradiation. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 57–62. DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.2y.
Reinhart W.D., Asay J.R., Alexander C.S., Chhabildas L.C., Jensen J.B. Flow Strength of 6061-T6 Aluminum in the Solid, Mixed Phase, Liquid Regions. J. Dyn. Behav. Mater. 2015. V. 1. N 3. P. 275–289. DOI: 10.1007/s40870-015-0030-6.
