Комплексная оценка механических свойств материалов методом инструментального индентирования на базе измерительного комплекса УИМ-1

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.

1. Tai 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/ma18133146

2. Pazini 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/S1517-707620210002.1255

3. Крень 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: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125

4. Kren 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: 10.21122/2220-9506-2023-14-2-115-125

5. Крень А.П. Контроль механических характеристик чугуна методом микроударного индентирования / А.П. Крень // Приборы и методы измерений. – 2025. – Т. 16. – № 3. – С. 222-234. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234

6. Kren 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: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-222-234

7. Li JCM. Impression creep and other localized tests. Materials Science and Engineering: A. 2002;322(12):23-42. DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01116-9

8. Baral 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.2020.139246

9. Vlassak 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)90033-7

10. Goto 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-w

11. Flewitt PEJ, Wild RK. Physical methods for materials characterisation. CRC Press, 2017.

12. Fischer-Cripps AC. Contact mechanics. Nanoindentation. New York, NY: Springer New York, 2011:1-1.

13. 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.

14. 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.