pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2026-17-2-151-163pimi-1050Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsКомплексная оценка механических свойств материалов методом инструментального индентирования на базе измерительного комплекса УИМ-1UIM-1 Measuring Complex for Comprehensive Evaluation of Mechanical Properties of Materials by Instrumented IndentationПантелеевК. В.PantsialeyeuК.

Адрес для переписки:Пантелеев К. В.Белорусский национальный технический университет,пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013, Беларусьe-mail: k.pantsialeyeu@bntu.by

Address for correspondence:Pantsialeyeu K. U.Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus e-mail: k.pantsialeyeu@bntu.by

k.pantsialeyeu@bntu.byКреньА. П.KrenA.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16,Minsk 220072

МикитевичВ. А.MikitevichV.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013

МацулевичО. В.MatsulevichО.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

ПротасеняТ. А.ProtasenyaT.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

ЛанцманГ. А.LantsmanG.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

ВоробейР. И.VorobeiR.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013

ГусевО. К.GusevO.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013

СвистунА. И.SvistunA.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65,Minsk 220013

ТявловскийА. К.TyavlovskyA.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013

ЖаринА. Л.ZharinA.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusИнститут прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus202608072026172151163Copyright © Пантелеев К.В., Крень А.П., Микитевич В.А., Мацулевич О.В., Протасеня Т.А., Ланцман Г.А., Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский А.К., Жарин А.Л., 20262026Пантелеев К.В., Крень А.П., Микитевич В.А., Мацулевич О.В., Протасеня Т.А., Ланцман Г.А., Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский А.К., Жарин А.Л.Pantsialeyeu К., Kren A., Mikitevich V., Matsulevich О., Protasenya T., Lantsman G., Vorobei R., Gusev O., Svistun A., Tyavlovsky A., Zharin A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/1050

Традиционные разрушающие методы контроля механических свойств материалов требуют изготовления образцов, что исключает их применение для оценки готовых изделий. Актуальной задачей является развитие неразрушающих методов контроля, обеспечивающих достоверную оценку широкого спектра характеристик материалов. Целью работы было представление функциональных возможностей разработанного измерительного комплекса УИМ-1 для комплексного исследования механических свойств материалов методом инструментального индентирования. Метод основан на непрерывной регистрации диаграммы «контактное усилие – глубина внедрения». Комплекс оснащён приводом с нагрузкой до 2000 Н, тензометрическим датчиком силы (погрешность ≤ ± 1 %), фотоэлектрическим датчиком перемещения (разрешение 0,1 мкм). Реализованы методики согласно ISO 14577-1, СТБ 2495-2017, ГОСТ 22761-77, ГОСТ 22762-77. Анализ диаграммы индентирования позволяет определять твёрдость по Бринеллю и Роквеллу без оптического измерения отпечатка, модуль упругости (70–200 ГПа), предел прочности (380–1700 МПа), ползучесть, релаксацию, пластичность и коэффициент анизотропии. Комплекс УИМ-1 является универсальным инструментом неразрушающего контроля, обеспечивающим в рамках одного испытания получение комплекса механических характеристик материалов.

Traditional destructive methods for evaluating the mechanical properties of materials require the preparation of test specimens, which precludes their application for assessing finished products. Thus, the development of non-destructive testing that provide reliable evaluation of a wide range of properties is a relevant task. Aim of this work was to present the functional capabilities and confirm the effectiveness of the developed UIM-1 measuring system for comprehensive study of mechanical properties of materials using the instrumented indentation method. Method is based on the continuous recording of the "contact force – penetration depth" diagram. The system is equipped with an actuator providing a load of up to 2000 N, a strain gauge force sensor (error ≤ ±1 %), and a photoelectric displacement sensor (resolution 0.1 μm). The implemented measurement procedures comply with ISO 14577-1, STB 2495-2017, GOST 22761-77 and GOST 22762-77. Analysis of the indentation diagram allows determining Brinell and Rockwell hardness without optical measurement of the imprint, elastic modulus (70–200 GPa), ultimate tensile strength (380– 1700 MPa), creep, relaxation, plasticity and anisotropy coefficient. The UIM-1 system is a versatile nondestructive testing tool that provides a set of interrelated mechanical characteristics of materials within a single test.

инструментальное индентированиетвёрдость по Бринеллютвёрдость по Роквеллумодуль упругостинеразрушающий контрольinstrumented indentationBrinell hardnessRockwell hardnesselastic modulusnon-destructive testingReferencesTai JL. [et al.]. Recent trends in non-destructive testing approaches for composite materials: A review of successful implementations. Materials. 2025;18(13):3146. DOI: 10.3390/ma18133146Tai JL. [et al.]. Recent trends in non-destructive testing approaches for composite materials: A review of successful implementations. Materials. 2025;18(13):3146. DOI: 10.3390/ma18133146Pazini MVL, Farias MCM, Suarez OAG. Avaliação de métodos para estimativas de propriedades mecânicas de materiais por indentação instrumentada: uma revisão. Matéria (Rio de Janeiro). 2021;26(02):С.e12955. DOI: 10.1590/S1517-707620210002.1255Pazini MVL, Farias MCM, Suarez OAG. Avaliação de métodos para estimativas de propriedades mecânicas de materiais por indentação instrumentada: uma revisão. Matéria (Rio de Janeiro). 2021;26(02):С.e12955. DOI: 10.1590/S1517-707620210002.1255Крень А.П. Применение метода дифракции рентгеновских лучей для изучения напряжённого состояния поверхности металла при статическом и ударном деформировании / А.П. Крень // Приборы и методы измерений. – 2023. – Т. 14. – № 2. – С. 115-125. DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125Крень А.П. Применение метода дифракции рентгеновских лучей для изучения напряжённого состояния поверхности металла при статическом и ударном деформировании / А.П. Крень // Приборы и методы измерений. – 2023. – Т. 14. – № 2. – С. 115-125. DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125Kren AP. [et al.]. X-ray Diffraction Method in the Study of a Metal Surface Stress State Under Static and Impact Deformation. Devices and Methods of Measurements. 2023;14(2):115-125. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125Kren AP. [et al.]. X-ray Diffraction Method in the Study of a Metal Surface Stress State Under Static and Impact Deformation. Devices and Methods of Measurements. 2023;14(2):115-125. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125Крень А.П. Контроль механических характеристик чугуна методом микроударного индентирования / А.П. Крень // Приборы и методы измерений. – 2025. – Т. 16. – № 3. – С. 222-234. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234Крень А.П. Контроль механических характеристик чугуна методом микроударного индентирования / А.П. Крень // Приборы и методы измерений. – 2025. – Т. 16. – № 3. – С. 222-234. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234Kren AP, Lantsman GA, Nikiforov AV, Tursunov NK, Urazbaev TT. Control of Cast Iron Mechanical Properties Using Microimpact Indentation Method. Devices and Methods of Measurements. 2025;16(3):222-234. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234Kren AP, Lantsman GA, Nikiforov AV, Tursunov NK, Urazbaev TT. Control of Cast Iron Mechanical Properties Using Microimpact Indentation Method. Devices and Methods of Measurements. 2025;16(3):222-234. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234Li JCM. Impression creep and other localized tests. Materials Science and Engineering: A. 2002;322(12):23-42. DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01116-9Li JCM. Impression creep and other localized tests. Materials Science and Engineering: A. 2002;322(12):23-42. DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01116-9Baral P. [et al.]. Indentation creep vs. indentation relaxation: A matter of strain rate definition? Materials Science and Engineering: A. 2020;781:139246. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139246Baral P. [et al.]. Indentation creep vs. indentation relaxation: A matter of strain rate definition? Materials Science and Engineering: A. 2020;781:139246. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139246Vlassak JJ, Nix WD. Measuring the elastic properties of anisotropic materials by means of indentation experiments. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1994;42(8):1223-1245. DOI: 10.1016/0022-5096(94)90033-7Vlassak JJ, Nix WD. Measuring the elastic properties of anisotropic materials by means of indentation experiments. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1994;42(8):1223-1245. DOI: 10.1016/0022-5096(94)90033-7Goto K. [et al.]. Numerical calculation and finite element analysis for anisotropic elastic properties of carbon fibers: Dependence of integration subinterval and mesh size on indentation-derived elastic modulus. SN Applied Sciences. 2022;4(11):291 p. DOI: 10.1007/s42452-022-05183-wGoto K. [et al.]. Numerical calculation and finite element analysis for anisotropic elastic properties of carbon fibers: Dependence of integration subinterval and mesh size on indentation-derived elastic modulus. SN Applied Sciences. 2022;4(11):291 p. DOI: 10.1007/s42452-022-05183-wFlewitt PEJ, Wild RK. Physical methods for materials characterisation. CRC Press, 2017.Flewitt PEJ, Wild RK. Physical methods for materials characterisation. CRC Press, 2017.Fischer-Cripps AC. Contact mechanics. Nanoindentation. New York, NY: Springer New York, 2011:1-1.Fischer-Cripps AC. Contact mechanics. Nanoindentation. New York, NY: Springer New York, 2011:1-1.Oliver WC, Pharr GM. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of materials research. 1992;7(6):1564-1583.Oliver WC, Pharr GM. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of materials research. 1992;7(6):1564-1583.Oliver WC, Pharr GM. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research. 2004;19(1):3-20.Oliver WC, Pharr GM. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research. 2004;19(1):3-20.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.