Оценка погрешности косвенных измерений физико-механических характеристик материалов методом динамического индентирования

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения при измерении физико-механических характеристик конструкционных материалов методом динамического индентирования. Показано, что оценка погрешности измерений с помощью мер является неэффективной по причине большого разнообразия контролируемых материалов и широкого диапазона изменения их свойств. Разработана методика оценки точности измерений на основании погрешностей отдельных составляющих, которые входят в расчетную формулу, то есть путем определения погрешности косвенных измерений. В основе методики лежит оценка границ случайной погрешности измеряемых характеристик материала и неисключенных систематических погрешностей параметров, по которым рассчитываются искомые характеристики. Приведены результаты экспериментальных исследований, свидетельствующие о том, что в связи с различным характером зависимостей твердости и модуля упругости от регистрируемых параметров индентирования погрешность измерения модуля упругости превышает погрешность измерения твердости. Кроме того, установлено, что погрешность измерения характеристик материалов методом динамического индентирования превышает погрешность измерения методом статического индентирования и может быть уменьшена путем использования более точного оборудования для регистрации процесса испытательного удара. Полученные значения физико-механических характеристик материалов и погрешности их измерения свидетельствуют о том, что метод динамического индентирования позволяет эффективно решать задачу неразрушающего контроля твердости, модуля упругости и коэффициента деформационного упрочнения металлических конструкций и изделий с заданной погрешностью.

1. Extraction of mechanical properties of materials through deep learning from instrumented indentation / Ming Dao Lu Lu [et al.] // PNAS, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2020. – Vol. 117, № 13. – P. 7052–7062. https://doi.org/10.1073/ pnas.1922210117

2. Gao, Chenghui. Instrumented indentation of fused silica by Berkovich indenter / Chenghui Gao, Ming Liu // J. Non- Cryst. Solids. – Vol. 475, № 1. – P. 151–160. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.09.006

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

4. Rabinovich, S. G. Evaluating Measurement Accuracy: A Practical Approach / S. G. Rabinovich. – New York: Springer- Verlag, 2010. – 272 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1456-9

5. Oliver, W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. – 1992. – Vol. 7, iss. 6. – P. 1564–1583. https://doi. org/10.1557/JMR.1992.1564

6. 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

7. Применение метода ударного микроиндентирования для оценки механических характеристик и дефектности структуры углеродных композиционных материалов / А. П. Крень [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.- тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 4. – С. 469–477. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-4-469-477

8. Крень, А. П. Оценка погрешности определения физико-механических характеристик материалов при их кон- троле методом индентирования / А. П. Крень, О. В. Мацулевич, М. Н. Делендик // Приборы и методы измерений. – 2018. – Т. 9, № 3. – С. 263–271. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-3-263-271