Контроль механических характеристик чугуна методом микроударного индентирования

Инструментальное индентирование является одним из эффективных методов измерения физико-механических свойств различных материалов. В настоящей работе рассматриваются особенности контроля чугуна, имеющего различную форму графитовых включений: пластинчатую, шаровидную, вермикулярную и др., и модели, позволяющие на основании данных диаграммы микроударного нагружения материала рассчитать твёрдость по Бринеллю HBW, модуль упругости E и предел прочности σв чугунов различных марок. Показано, что использование в расчётах комплекса параметров позволяет устранить грубые ошибки при оценке HBW, вызванные влиянием графитовой структуры на значения модуля упругости и динамической твёрдости. На основании экспериментальных данных продемонстрировано, что измерение твёрдости чугуна с использованием значений коэффициента восстановления скорости приводит к погрешности измерения до 75 единиц, в связи с чем такой контроль с помощью стандартных динамических твердомеров является недостоверным. Также подтверждена устойчивая связь между пределом прочности и произведением твёрдости и модуля упругости. Показана возможность установления марки чугуна (серый или высокопрочный) по данным однократного измерения. Предложенная методика даёт возможность осуществить контроль непосредственно изделий на промышленных предприятиях, производящих чугунное литье. Проведенные исследования доказывают, что разработанные алгоритмы могут применяться для оперативной диагностики твёрдости чугуна с использованием динамических портативных твердомеров при их определённой модернизации.

1. Баев А. Р. [и др.] Возможности контроля структуры чугунных и стальных изделий по данным ультразвуковых измерений. Литье и металлургия. 2004;(2):85-89.

2. Ghaemi, M. Material, Structure and Hardness Testing of Cast-Iron Safety Parts by NDT Methods. 10th European Conference on Non-Destructive Testing, Moscow 2010, June 7-11. https://www.ndt.net/?id=9347

3. Анисович, А. Г. Микроструктуры черных и цветных металлов / А. Г. Анисович, А. А. Андрушкевич // Минск: Белорусская наука, 2015. – 131 с.

4. Jian Weng, Rebecka Lindvall, Kejia Zhuang, JanEric Ståhl, Han Ding, Jinming Zhou A machine learning based approach for determining the stress-strain relation of grey cast iron from nanoindentation // Mechanics of Materials, Vol. 148, 2020, 103522. DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103522

5. A. Kren, M. Delendik, A. Machikhin Non-destructive evaluation of metal plasticity using a single impact microindentation // International Journal of Impact Engineering. – 2022. – № 162. – p. 104141. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.104141

6. Johnson K. L. Contact Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press; 1985:448-452.

7. Chang, Chao, Garrido, M.A., Ruiz-Hervias, J., Zhang, Zhu, Zhang, Le-le, Representative Stress-Strain Curve by Spherical Indentation on Elastic-Plastic Materials, Advances in Materials Science and Engineering, 2018, 8316384, 9 pages, 2018. DOI: 10.1155/2018/8316384

8. D. Tabor. Hardness of Metals. Clarendon Press, Oxford, 1951.

9. Чугун : справочник / А. Д. Шерман и др.; Под ред. А.Д. Шермана, А. А. Жукова // М.: Металлургия, 1991, 576 с.

10. Динник А. Н. Избранные труды. – Киев: АН УССР, 1952. – Т. 1. – 151 с.

11. Anthony C. Fischer-Cripps. Introduction to Contact Mechanics Springer New York, NY, 226 р. DOI: 10.1007/978-0-387-68188-7

12. Kren, A. P. Determination of the Strain-Hardening Exponent of a Metallic Material by Low-Speed Impact Indentation / A. P. Kren, V. A. Rudnitskii // Russian Metallurgy (Metally). – 2019. – №. 4. – P. 478–483. DOI: 10.1134/S0036029519040220

13. Kren A. P., Naumov A. O. Determination of the relaxation function for viscoelastic materials at low velocity impact // International Journal of Impact Engineering, Vol. 37, Iss. 2, 2010, P. 170-176. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2009.08.001