10.14489/td.2016.08.pp.016-021

2016, 08 август (August)

DOI: 10.14489/td.2016.08.pp.016-021

Потапов А.И., Гоголинский К.В., Сясько В.А., Уманский А.С., Кондратьев А.В.
МЕТОДИЧЕСКИЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ИНДЕНТИРОВАНИЯ
(c. 16-21)

Аннотация. Рассмотрены проблемы обеспечения единства измерений механических свойств материалов на микро- и нанометровых масштабах методом инструментального индентирования, проанализированы физические принципы метода, измеряемые величины, а также источники неопределенности результатов измерений. Рассмотрены перспективы перехода от эталонных мер твердости к стандартным образцам механических свойств в целях уменьшения неопределенности измерений.

Ключевые слова: инструментальное индентирование, наноиндентирование, механические свойства, твердость, модуль упругости.

Potapov A.I., Gogolinskiy K.V., Syasko V.A., Umanskiy A.S., Kondratiev A.V.
METHODOLOGICAL AND METROLOGICAL ASPECTS OF MATERIALS MECHANICAL PROPERTIES MEASUREMENTS BY INSTRUMENTED INDENTATION
(pp. 16-21)

Abstract. This article deals with metrological assurance of materials mechanical properties measurements on micro and nanoscale by instrumented indentation method, the essence of this method and measurement quantities are described, sources of uncertainty are clarified. Sources of uncertainty are divided into three groups. Instrumental sources of uncertainty are sources connected with calibration of testing machine and it specific design features. Methodological sources of uncertainty are sources connected with features of calculation method and assumptions in the calculation procedure. And the last type of sources is connected with physical and mechanical properties of a test piece and influence of environmental conditions. The methods of uncertainty reduction are considered for each source. It is estimated the uncertainty of contact depth calculation connected with the changes in variable value which depends on indenter geometry. The advantages of changing the measures of hardness to a basic samples of mechanical properties to reduce uncertainties are discussed because of lots of independent uncertainty sources.

Keywords: instrumented indentation, nanoindentation, mechanical properties, hardness testing, elasticity modulus.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. И. Потапов (Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
К. В. Гоголинский (ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, Санкт-Петербург, Россия)
В. А. Сясько (ООО «Константа», Санкт-Петербург, Россия)
А. С. Уманский, А. В. Кондратьев (Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия)

Eng

A. I. Potapov (National Mineral Resource University, St. Petersburg, Russia)
K. V. Gogolinskiy (D. I. Mendeleyev Institute for Metrology)
V. A. Syasko (LLC Сonstanta, St. Petersburg, Russia)
A. S. Umanskiy, A. V. Kondratiev (National Mineral Resource University, St. Petersburg, Russia)

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. 1992. V. 7. N 6.
2. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentantion: Advances in understanding and refinements to technology // J. Mater. Res. 2004. V. 19. N 1. P. 3 – 20.
3. ГОСТ Р 8.748–2011 (ИСО 14577-1:2002) ГСИ. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний. М., 2011.
4. ISO 14577-1:2015. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1. Test method, 2015.
5. ISO 14577-2:2015. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 2. Verification and calibration of testing machines, 2015.
6. ISO 14577-3:2015. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 3. Calibration of reference blocks, 2015.
7. ISO 14577-4:2015. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 4. Test method for metallic and non-metallic coatings, 2015.
8. Sneddon I. N. The relaxation between load and penetration in the axisymmetric Boussinesq problem for a punch of arbitrary profile Int. // J. Engng. Sci. 1965. N 3. P. 47 – 57.
9. Harding J. W., Sneddon I. N. The elastic stresses produced by the indentation of the plane of a semiinfinite elastic solid // Proc. Cambridge Philos. Soc. 1945. N 41. P. 16 – 26.
10. Усеинов С. С., Соловьев В. В., Гоголинский К. В. и др. Особенности применения метода наноиндентирования для измерения твердости на наномасштабе // Нанотехника. 2008. № 1(13). С. 111 – 115.
11. РМГ 29–2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. М., 2013.
12. Гоголинский К. В., Решетов В. Н., Усеинов А. С. Об унификации определения твердости и возможности перехода при ее измерении к размерным величинам // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 28.

Eng

1. Oliver W. C., Pharr G. M. (1992). An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res., 7(6). doi: 10.1557/JMR.1992.1564
2. Oliver W. C., Pharr G. M. (2004). Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentantion: advances in understanding and refinements to technology. J. Mater. Res., 19(1), pp. 3 – 20. doi: 10.1557/jmr.2004.19.1.3
3. Metals and alloys. Measurement of hardness and other properties of materials at the tool indentation. Part 1: Test method. (2011). Ru Standard No. GOST R 8.748–2011 (ISO 14577-1:2002). Russian Federation. Moscow. [in Russian language]
4. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1. Test method. (2015). International Standard No. ISO 14577-1:2015.
5. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 2. Verification and calibration of testing machines. (2015). International standard No. ISO 14577-2:2015.
6. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 3. Calibration of reference blocks. (2015). International Standard No. ISO 14577-3:2015.
7. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 4. Test method for metallic and non-metallic coatings. (2015). International Standard No. ISO 14577-4:2015.
8. Sneddon I. N. (1965). The relaxation between load and penetration in the axisymmetric Boussinesq problem for a punch of arbitrary profile. Int. J. Engng. Sci, (3), pp. 47-57.
9. Harding J. W., Sneddon I. N. (1945). The elastic stresses produced by the indentation of the plane of a semiinfinite elastic solid. Proc. Cambridge Philos. Soc., (41), pp. 16-26.
10. Useinov S. S., Solov'ev V. V., Gogolinskii K. V. et al. (2008). Features of nanoindentation method for measuring the hardness at the nanoscale. Nanotekhnika, 13(1), pp. 111-115.
11. Metrology. Basic terms and definitions. (2014). State system for ensuring the uniformity of measurements No. RMG 29-2013 GSI. Moscow: Standartinform. [in Russian language]
12. Gogolinskii K. V., Reshetov V. N., Useinov A. S. (2011). Unification of hardness and the possibility of transition when measured to dimensional quantities. Izmeritel'naia tekhnika, (7), p. 28. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа статьи заполните форму:

Форма заказа статьи

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please fill out the form below: