автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Влияние размеров элементов структуры и деформируемого объема на твердость металлов и сплавов

На правах рукописи

Марченков Артем Юрьевич

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРЫ И ДЕФОРМИРУЕМОГО ОБЪЕМА НА ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛОВ И

СПЛАВОВ

Специальность 05.16.09 - «Материаловедение (машиностроение)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2015 г.

005570617

005570617

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» на кафедре Технологии металлов

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор кафедры Технологии металлов НИУ «МЭИ» Матюнин Вячеслав Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кафедры Физики прочности НИЯУ «МИФИ» Морозов Евгений Михайлович

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН Ботвина Людмила Рафаиловна

' ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»

организация:

Защита состоится 23 июня 2015 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.126.03 при ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) по адресу: 125829, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного государственного технического

университета (МАДИ) и на сайте http://www.madi.ru.

Автореферат разослан « 22 » апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент - ^ ' Фатюхин Д.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Твердость, как одно из основных механических свойств металлов и сплавов, с давних пор широко используется в материаловедении. Многие видные отечественные и зарубежные ученые-материаловеды придавали большое значение этому свойству. Так, например, акад. Н.С. Курнаков предложил использовать твердость при исследовании связи между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния в разработанном им методе физико-химического анализа. Учитывая связь твердости со структурой и другими физико-механическими свойствами материалов, ее широко применяют в качестве эффективного диагностического параметра на этапах их получения, обработки и эксплуатации. Востребованность в определении твердости резко возросла в связи с бурным развитием нанотехнологий и наноматериаловедения в последние десятилетия. Появилась острая необходимость определения твердости не только на макро- и мезоуровнях, но и на микро- и наноуровнях деформируемого объема материала. Однако, с уменьшением деформируемого объема материала при индентировании все в большей мере проявляется размерный (масштабный) эффект, сильно влияющий на определяемые значения твердости. С уменьшением деформируемого объема сопротивление материала деформированию индентором возрастает, а следовательно, повышаются определяемые значения твердости. Аналогичное влияние на твердость оказывают и размеры элементов структуры металлов и сплавов, например, размер зерна. Располагая зависимостью твердости металла от размеров элементов структуры, можно более эффективно разрабатывать новые материалы и технологии. Поэтому определять и сравнивать значения твердости разных материалов (мягких и твердых) или одного и того же материала после различных способов и режимов его обработки следует на' одном размерном уровне, а методы определения твердости различными методами должны учитывать влияние размерного эффекта.

В современных отечественных и зарубежных публикациях имеются сведения о результатах исследования влияния размерного эффекта на твердость, определяемую вдавливанием пирамиды под разной нагрузкой. Однако практически нет сведений о влиянии размеров деформируемого объема и элементов структуры материалов на твердость, определяемую методами Бринелля и Виккерса.

В связи с этим в настоящей диссертационной работе была поставлена цель - установить закономерности влияния размеров элементов структуры и деформируемого объема при индентировании на характеристики твердости металлов и сплавов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- Исследовать влияние размеров элементов структуры материалов на твердость, определяемую методами Бринелля и Виккерса.

- Разработать методику оценки деформируемого объема металла при вдавливании индентора.

- Исследовать микроструктуру, напряжения и деформации в деформируемом объеме металла при вдавливании индентора.

- Обосновать разграничение размерных уровней индентирования материалов методами Виккерса и Бринелля, исходя из размеров деформированных объемов металлов и сплавов.

- Разработать методику определения твердости металлов и сплавов вдавливанием индентора, учитывающую влияние размерного эффекта.

- Экспериментально опробовать предложенную методику для определения твердости металлов, сплавов, покрытий, локальных зон сварных соединений на микрошлифах и изделиях.

Диссертационная работа выполнялась в рамках проекта РФФИ №15-0806761 «Структурные концентраторы напряжений и их влияние на прочность материалов и изделий». В работе также представлены результаты, полученные при выполнении проекта «Разработка новой методики оценки механических свойств и их анизотропии в сварных соединениях из разнородных материалов», реализуемого в рамках конкурса «У.М.Н.И.К» (дог. № 589 ГУ 1/2013 от 19.11.2013). Методы исследования

В процессе выполнения диссертационной работы были применены современные методы индентирования, включая кинетическое (инструментальное) индентирование с регистрацией диаграмм «нагрузка -перемещение индентора» на макро-, мезо-, микро- и наноуровнях деформируемого объема материала. В материаловедческих исследованиях были применены современные методы микроструктурного анализа, спектроскопии. Экспериментальные данные подвергались статистической обработке с использованием весовых коэффициентов.

В качестве объекта исследования были выбраны углеродистые конструкционные стали (10, 20), легированные стали (12Х18Н10Т, 10Х13Г12С2Н2Д2Б), армко-железо, медь марки М1, стальные образцовые плитки с различными уровнями макротвердости, а также покрытия на основе нитрида титана (Ш) на подложке из сталей 10, 20X13 и 08Х18Н10Т.

Научная новизна работы 1. Установлена зависимость твердости по Бринеллю на пределе текучести НВо.2 от размера зерна металла, аналогичная зависимости предела текучести а02 от размера зерна, установленной Холлом и Петчем (с тем

же физическим смыслом и показателем степени (минус 1/2) для размера зерна). Показано, что размеры других элементов структуры влияют качественно одинаково, как и размер зерна, на твердость металлов и сплавов.

2. Установлено, что при индентировании сферическим индентором до относительного диаметра отпечатка 6Ю > 0,4 в сталях могут происходить структурно-фазовые превращения. Например, в стали аустенитного класса происходит превращение у —> а с образованием мартенсита, что подтверждается приобретением ферромагнитных свойств металла под отпечатком.

3. Установлена прямо пропорциональная связь деформированного объема материала под отпечатком с объемом отпечатка при вдавливании сферического индентора. Показано, что наиболее характерным размерным параметром при индентировании является деформированный объем материала под отпечатком, а для разграничения размерных уровней можно использовать объем отпечатка.

4. Выявлена форма и определены размеры гидростатического ядра под отпечатком при разных с)Ю. Установлено, что при сШ « 0,4 интенсивность напряжений в гидростатическом ядре достигает значения истинного временного сопротивления, а интенсивность пластической деформации -значения истинной предельной равномерной деформации при растяжении.

5. Предложено считать, что понятие «теоретическая твердость» металла аналогично понятию «теоретическая прочность», и значительный вклад в достижение этих предельных физико-механических характеристик вносит также размерный эффект, а не только отсутствие дислокаций в исходном состоянии идеального кристалла.

Надежность и достоверность полученных результатов подтверждены использованием в исследованиях и экспериментах современных (мирового уровня) автоматизированных, аттестованных машин и приборов, методик анализа химсостава и микроструктуры, методов статистической обработки экспериментальных данных. Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведении экспериментальных исследований, обсуждении полученных результатов и подготовке публикаций. Все эксперименты, выполненные в настоящей работе, проведены самим соискателем либо при его непосредственном участии.

На защиту выносятся следующие положения и результаты

1. Зависимости значений твердости от размеров элементов структуры (зерна, полос и плоскостей скольжения и др.) и размеров деформируемого объема металла.

2. Характер распределения интенсивности напряжений и деформаций в деформированном объеме металла под отпечатком (включая гидростатическое ядро), полученным сферическим индентором при разных с)ЛЭ.

3. Установленная прямо пропорциональная связь деформированного объема металла под отпечатком с объемом самого отпечатка, полученного вдавливанием сферического индентора.

4. Предложенная классификация размерных уровней индентирования в зависимости от размеров деформированного объема материала.

5. Предложенная методика определения твердости материалов с учетом влияния размерного эффекта.

Практическая значимость результатов работы

Результаты выполненных исследований позволили разработать новую методику определения твердости материалов с учетом влияния размерного эффекта. Эта методика дает возможность более обоснованно определять и сравнивать твердость разных материалов на одном заданном размерном уровне индентирования, а также твердость одного и того же материала после различных способов и режимов его обработки.

Предложены условия подобия, необходимые для получения одинаковых значений твердости независимо от их уровня, определяемых методами Бринелля и Виккерса.

Предложена номограмма, позволяющая оперативно определить размерный уровень индентирования материалов сферическими инденторами разного диаметра (радиуса).

Для достоверного определения твердости контролируемых деталей, шлифов, покрытий, структурных составляющих и др. рекомендовано выдерживать отношение их толщины к глубине отпечатка не менее 15. Реализация и внедрение результатов работы

Предложенная методика была использована в НЦ «Износостойкость» для контроля твердости при разработке износостойких покрытий из "ПЫ и технологии их нанесения на лопатки паровых турбин. Отдельные результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры Технологии металлов НИУ «МЭИ» по дисциплинам «Механико-технологические испытания и свойства конструкционных материалов» и «Оперативная диагностика механических свойств конструкционных материалов». Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на следующих конференциях:

- VI, VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, ИМЕТ РАН, 2009, 2010 г.);

- V Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-2013(r. Москва, ИМЕТ РАН, 2013 г.);

- Международной конференции «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения», посвященной 75-летию Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (г. Москва, ИМАШ РАН, 2013);

- 1-ой научно-практической конференции Российского общества металловедения и термообработки РОМиТ (г. Москва, МАДИ, 2013 г.);

- Международных научных чтениях им. чл.-корр. СССР И.А. Одинга «Механические свойства современных конструкционных материалов» (г. Москва, ИМЕТ РАН, 2014 г.);

- Восьмой научно-технической конференции «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» (г. Санкт-Петербург, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2014 г.);

- Ill Форум ВУЗов инженерно-технологического профиля (г. Минск, 2014 г.);

- VI Всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» (г. Москва, ВИАМ, 2015 г.);

- XV - XXI Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2009-2015 гг.).

Результаты работы были также представлены на международных выставках:

- «Россварка» (г. Москва, КВЦ «Сокольники», 2011-2013 гг.);

- Международная ярмарка инноваций «Seoul International Invention Fair-2013» (г. Сеул, Южная Корея, 2013 г.);

- «ВузПромЭкспо-2013» (г. Москва, МВЦ «Гостиный двор», 2013 г.);

- Промышленная выставка-ярмарка «Hannover Messe-2014» (г. Ганновер, Германия, 2014 г.).

На выставке «Seoul International Invention Fair-2013» экспонат «Method and device for material scratch testing» был награжден бронзовой медалью и Почетным дипломом. Публикации

По теме диссертации опубликовано 24 работы в российских и международных научных журналах, сборниках конференций, в том числе 8 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 164 страницы, включая 76 рисунков, 24 таблицы, 52 формулы, 3 приложения и список использованных источников из 141 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность настоящей диссертационной работы, описаны достоинства и перспективы метода индентирования в качестве способа определения характеристик твердости и других механических свойств материалов. Отмечена необходимость исследования размерного эффекта при индентировании и его влияния на определяемые значения твердости материалов.

В главе 1 выполнен обзор российских и зарубежных работ, посвященных исследованию явления размерного эффекта и его влияния на механические свойства материалов (твердость, прочность, пластичность, ударная вязкость, выносливость и др.). Особое внимание уделено проявлению размерного фактора при испытаниях материалов индентированием. Рассмотрены некоторые особенности терминологии, представлены литературные экспериментальные данные по влиянию размерного эффекта на определяемые значения твердости. Проанализированы причины проявления размерного эффекта при индентировании. Отмечено, что размерный эффект в материаловедении необходимо рассматривать не только в связи с размерами образцов, деформируемых объемов, но и размерами элементов структуры материала. На основе проведенного анализа литературы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В главе 2 проведены исследования по влиянию размеров структурных элементов на твердость металлов и сплавов.

Проведены экспериментальные исследования влияния среднего размера зерна на твердость по Бринеллю НВ, Виккерсу НУ и твердость по Бринеллю на пределе текучести НВ02. Твердость по Бринеллю на пределе текучести НВ02 определялась на автоматизированном приборе МЭИ-Т7 с использованием формулы:

НВо.2 = Fo.il Мо.2, (1)

где Р02 - нагрузка и М02 - поверхность отпечатка, соответствующие остаточной контактной деформации (>Рвд)о^ = 0.002 = 0.2%.

Контактная деформация (*Увд)о.2 оценивалась по формуле:

(Ч^Ь = 1 - [1 - (сЬ/0)2]1/2, (2)

где с1о.2 - диаметр отпечатка на пределе текучести; О - диаметр индентора.

Подставив в (2) (Ч/ВД)0.2 = 0.002, можно определить с1о.2 для заданного Э.

Эксперименты проводились на стали 10 и меди марки М1. На образцах из стали 10 разный размер зерна получали путем проведения различных видов термической обработки. Медные образцы подвергались предварительному деформированию растяжением и затем нагревались до различных высоких температур и выдерживались при этих температурах для получения различного размера рекристаллизованных зерен.

Установлено, что для обоих исследованных материалов значения твердости возрастают при уменьшении размера зерна. Зависимости твердости НВ2,5/187,5/5. Н\/10 и НВо.2 от размера зерна с!3 для стали 10 представлены на рис. 1а, а зависимости НВ1/10/5. НУЮ и НВ0.2 от размера зерна с!3 для меди М1 - на рис. 16.

НВ; НУ. кГ/мм- НВ: НУ. кГ/мм:

160 |

140 ;

120

100

80

6И--—

100

80

60

HV10 40

НВ;.™,,, 20

нв,.-

0.06 0.08 d„ мм 0

0.02 0.04 0.06 0.08 d„ мм 0 0.02 0.04 0.06 0.08 (Ц. мм

а б

Рис. 1. Зависимости НВ2.5/187.5/5. HV10 и НВ0.2 для стали 10 (а) и зависимости НВ1/ю/5, HV10 и НВ0.2 для меди М1 (б) от размера зерна d3

Было установлено, что зависимости НВ, HV10 и НВ02 от размера зерна описываются степенными уравнениями с различными значениями дробного показателя степени. Однако, в степенной зависимости твердости по Бринеллю на пределе текучести НВ0.2 от размера зерна показатель степени оказался равным (-1/2), как и в зависимости Холла-Петча:

НВ0Л=(НВ02)0+к<'2, (3)

где (НВо.г)о -твердость монокристалла на пределе текучести; к -коэффициент, характеризующий напряжение активации дислокаций. Для стали 10 (НВо.2)о = 43.9 кГ/мм2, к = 5.63 кГ/мм3'2; для меди М1 (НВ0.2)о = 12.3 кГ/мм2, к = 1.57 кГ/мм3/2.

Вместе с тем, следует отметить, что при уменьшении d3 до 15-10 нм может происходить не повышение, а снижение предела текучести и твердости металла. Это было установлено в исследованиях А.Н. Chockshi, A. Rosen (1989 г.); Н.И. Носковой, Е.Т. Пономаревой, И.А. Перетуриной (1994 г.); М.А. Meyers, D.J. Benson (2006 г.); A.M. Глезера (2009 г.) и других отечественных и зарубежных ученых. Одно из объяснений такого аномального явления заключается в доминирующей роли зернограничного проскальзывания в механизме пластической деформации (Ю.И. Головин).

В работе проведены исследования микроструктуры деформированного металла под отпечатками, полученными сферическими инденторами, при разных значениях d/D (d - диаметр отпечатка, D - диаметр индентора). Исследования проводились на стали 12Х18Н10Т и стали 10 с использованием микроскопа Zeiss Observer Z1m. Фотографии микроструктуры недеформированного и деформированного металла под отпечатком представлены на рис. 2 (сталь 10).

ЩШ- ^ • -1 .1 . --«л -

> * ^ £ -V1 . - .-¿St* ^ t • *

, ... '» |V v - -: ..

>

wmg ;- - ^ ^ыи^мвзп

а б

Рис. 2. Фотографии микроструктуры (200х) недеформированного металла (а), и деформированного металла под отпечатком (б) на образце из стали

10 при d/D = 0.750

При увеличении d/D в деформированном объеме металла происходят изменение формы и размера зерен: зерна вытягиваются преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению вдавливания. Коэффициент анизотропии зерна КА (определялся по методике, описанной в стандарте ASTM Е 1268) металла, расположенного в зоне гидростатического ядра на глубине 0.5 радиуса отпечатка, изменяется для стали 10 от 0.99 до 1.70 (70 %) при увеличении d/D от 0 до 0.750 и для стали 12Х18Н10Т от 1.16 до 1.45 (25%) при увеличении d/D от 0 до 0.550.

Также при увеличении d/D происходит уменьшение размера зерна в гидростатическом ядре под отпечатком - для стали 10 средний размер зерна уменьшается от 24.4 до 19.1 мкм (28%) при увеличении d/D от 0 до 0.750 и для стали 12Х18Н10Т от 22.7 до 18.3 мкм (19%) при увеличении d/D от 0 до 0.550.

При индентировании аустенитных сталей в деформированных зернах под отпечатком возникают полосы скольжения (рис. За). С увеличением d/D плотность полос скольжения возрастает, и появляются полосы двойного скольжения (рис. 36).

Кроме того, в зоне гидростатического ядра возможно у —> а превращение с образованием мартенсита, что дополнительно повышает твердость деформированного металла. Подтверждением у —> а превращения является приобретение ферромагнитных свойств металла под отпечатком, обнаруженное в стали 10Х13Г12Н2Д2С2Б.

- :>; ' | 20 цт ,

а

Рис. 3. Полосы скольжения в зернах аустенитной стали марки 12Х18Н10Т, расположенных в деформированном металле под отпечатком: а-а 10 = 0.414; б - сШ = 0.550

Глава 3 посвящена экспериментальному исследованию распределения интенсивности напряжений и деформаций в металле под отпечатками, полученными вдавливанием сферического индентора до разных сШ.

Следует отметить, что ранее уже были проведены эксперименты по выявлению распределения интенсивности деформаций в металле под коническим отпечатком (Савицкий Ф.С., Вандышев Б.Д., Якутович М.В.), сферическим отпечатком (Дель Г.Д.), пирамидальным и сферическим отпечатками (М.М. СИаисИпп). Для этого была применена методика, основанная на общем характере связи интенсивности напряжений е| с твердостью металла при увеличении степени наклепа независимо от способа нагружения и вида напряженно-деформированного состояния. Это дает возможность получить такую связь для данного материала при простом способе нагружения, например растяжением или сжатием, и использовать ее в качестве тарировочного графика при определении Е| по значениям твердости наклепанного объекта из того же материала. Теоретическое и экспериментальное обоснование возможности определения интенсивности деформаций и интенсивности напряжений а, по твердости дано в исследованиях Г.Д. Деля. Однако в ранее проведенных экспериментах не были исследованы распределения 8] и а| при разных степенях нагружения индентора, а также не были выявлены границы и размеры гидростатического ядра и характер изменения его твердости при увеличении сЮ.

В настоящей диссертационной работе эксперименты по выявлению распределения напряжений а| и деформаций £; в пластически деформированном объеме металла под отпечатками проводилось на стальной образцовой мере (плитке Бринелля) с твердостью 114 НВ, из которой были изготовлены 4 призматических шлифа. В каждый шлиф вдавливали сферический индентор диаметром О = 15.1 мм под одной из

четырех нагрузок F = 1121, 3313, 5050 и 7136 кГ в порядке их возрастания с получением соответствующих значений d и d/D. Результаты этих испытаний вдавливанием сведены в таблицу 1, где представлены значения нагрузки F, диаметра d и глубины t отпечатка, отношения d/D, степени нагружения индентора F/D2 и текущих значений твердости НВ151 при соответствующих нагрузках вдавливания.

Таблица 1. Результаты испытаний шлифов из стали 10 вдавливанием сферического индентора диаметром О = 15.1 мм

№ шлифа F F/D2, кГ/мм2 d, мм t, мм d/D НВ-15.1

Н кГ Н/мм2 кГ/мм2

1 10997 1121 4.9 3.966 0.265 0.263 874 89.1

II 32500 3313 14.5 6.372 0.705 0.422 972 99.1

III 49500 5050 22.1 7.656 1.043 0.507 1002 102.1

IV 70004 7136 31.3 8.803 1.416 0.583 1043 106.3

После нанесения отпечатков шлифы разрезались по меридиональной плоскости, проходящей через центр отпечатка, и на плоскости разреза выполняли исследование деформированного объема металла методом твердости. Для этого плоскость разреза предварительно подвергалась электролитической обработке для снятия поверхностного наклепа, а затем на ней наносились отпечатки пирамидой Виккерса под нагрузкой 1 кГ и определялись значения твердости HV1. Отпечатки наносились рядами, расстояние между которыми составляло 600 мкм, шаг между отпечатками также был равен 600 мкм. Всего на плоскости разреза каждого шлифа наносились 300 - 600 отпечатков в зависимости от d/D.

Тарировочные графики «Ст| - HV1» и «Sj - HV1» были получены при испытании на растяжение плоского образца, вырезанного из той же контрольной плитки (сталь 10), который также был предварительно электролитически обработан для снятия наклепа в поверхностном слое. Образец растягивался на универсальной испытательной машине Instron 5982 до различных значений пластической деформации в диапазоне от предела текучести а0_2 до временного сопротивления ав. На каждой ступени нагружения образца определяли а, и е, по формулам:

o-j = F/S; spin (l/l0), (4)

где F - нагрузка; S - текущая площадь поперечного сечения; I - текущая длина образца; l0 - исходная длина образца.

Определение твердости HV1 под нагрузкой 1 кГ выполнялось на автоматизированном приборе Instron Tukon 2500 на боковой поверхности растянутого образца после его полной разгрузки и освобождения из захватов машины. На рис. 4 представлены общий вид плоского образца и тарировочные графики «а, - HV1» и «Sj - HV1» для стали 10.

Шлиф 1

Шлиф 2

Шлиф :

Шлиф 4

а,, кГ/мм-

50 40 30 20 10

ПО ¡40 160 180 Н\' 1, к! /мм"

0.40 0.30 0.20 0.10

...¡О

Рис. 4. Шлифы с нанесенными отпечатками (а), плоский образец (б) и тарировочные графики «а, -Н\/1», «е| - Н\/1» для стали 10 (в)

Аналогичные тарировочные графики были получены на этом же образце при определении твердости по Бринеллю НВ1/30/5 при вдавливании сферического индентора диаметром О = 1 мм под нагрузкой 30 кГ на приборе МЭИ-Т7. Использование сферического индентора позволяло определить не только твердость, но и параметр деформационного упрочнения Мейера п и предельную равномерную деформацию ТР деформированного металла по формулам:

п= 1п(Р1/Р2)/(1п(с11/Й2); Ч'р=(п-2)/(п-1). (5)

где Б-! и Б2 - нагрузки вдавливания (Р2 = 2Р-1 = 30 кГ); ф и с)2 - диаметры отпечатков, соответствующие этим нагрузкам.

С помощью тарировочных графиков было выявлено распределение а, и 8] в деформированном металле под отпечатком при каждом сЮ. На рис. 5 представлены картины распределения ст| и е| для двух значений сШ.

а„кГ/мм2 _.._ , МЩ Е1

< 0.025 = 0.025-0.05

■ 0.05-0.10

■ 0.10-0.15

■ 0.15-0.20

■ 0.20-0.30

о,. кГ/мм:

Рис. 5. Экспериментальные картины распределения напряжений а, и деформаций е, под отпечатками, полученными сферическим индентором диаметром Э = 15.1 мм при сШ = 0.263 (а, б) и сШ = 0.583 (в, г)

Экспериментальные картины распределения ^ и б; подвергали статистической обработке методом сглаживания с применением весовых коэффициентов в программном пакете МаШСАй, после чего выполняли исследование изменения параметров деформированного объема металла под отпечатками. В деформированном объеме металла были выявлены две основные зоны - зона гидростатического ядра и общая зона распространения пластической деформации. Гидростатическое ядро образуется в точке на глубине, примерно равной половине радиуса отпечатка, где зарождается первая пластическая деформация. При увеличении нагрузки вдавливания, и соответственно <М), зона гидростатического ядра расширяется. Значения твердости металла в гидростатическом ядре максимальны, что дало возможность выявить форму и границы его распространения при каждом сШ. При достижении дЮ » 0.4 интенсивность напряжений в гидростатическом ядре достигает значения истинного временного сопротивления, а интенсивность пластической деформации - значения истинной предельной деформации при растяжении. При сШ > 0.4 происходит еще большее увеличение 0| и е, вследствие локальных структурно-фазовых превращений в металле, например, при образовании мартенсита. Определение параметра деформационного упрочнения при вдавливании п и предельной равномерной деформации при растяжении показало, что в зоне гидростатического ядра п ж 2.03, а ТР = 0.03, что свидетельствует о практическом исчерпании способности металла к упрочнению в гидростатическом ядре. Было установлено, что форма гидростатического ядра близка к форме сферического сегмента с радиусом Ягя и центром, находящимся в центре проекции отпечатка (рис. 6). Более того, Ргя оказался примерно равным радиусу отпечатка а (рис. 6). По линиям распределения твердости (изоскпярам) была выявлена форма фронта распространения пластической деформации за пределами гидростатического ядра (рис. 7). Эта форма также оказалась близкой к сферическому сегменту согласно моделям Хилла-Джонсона и Джанкопулоса-Суреша. Однако, в отличие от этих моделей, центры этих сегментов находятся не в центре проекции отпечатков, а смещены по глубине и тем в большей степени, чем больше сШ. Радиусы пластической зоны РПз оказались прямо пропорциональны радиусам отпечатков а.

Согласно Д. Крамеру, радиус упругопластической зоны под отпечатком 13упз можно рассчитать по следующей формуле:

Рупз = [ЗР1(2пот)]ш, (6)

где Я- нагрузка вдавливания; ат- предел текучести.

Сравнение значений Иупз и Япз показало, что Яупз превышает РПз примерно на 20%.

Рис. 6. Схема основных зон пластически деформированного объема под отпечатком: Ргя - радиус гидростатического ядра: 1Чпз - радиус зоны пластической деформации; а - радиус отпечатка; 1 - глубина отпечатка; Т - глубина распространения зоны пластической деформации

а 0.30

II т /// I ( I V^iHiiriis' Ж ж

J \ / ! газ

Ч"----005—" у/ / ' (НШ /

Рис. 7. Изолинии деформаций под отпечатком при сШ = 0.265 (а) и d/D = 0.583 (б): ГПЗ - граница пластической зоны

рассчитаны в

объемы

н

Далее были восстановленных деформированного металла Х/Пз под отпечатками при каждом d/D. Между \/УПз и V0tH, а также между V[-|3 и VqtB были установлены прямо пропорциональные связи:

невосстановленных V0t" и V0tb отпечатков, объемы упругопластически

металла Vyn3 и пластически деформированного

н

= 96-\&

Vn.

"упз "от "пз ~ ^^ "от (7)

Основные результаты определения геометрических параметров

отпечатков и зон деформированного объема металла под отпечатками представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения геометрических параметров

отпечатков и зон деформированного объема металла под отпечатками (сталь 10, Р = 15.1 мм)

Геометрические параметры d/D

0.263 0.422 0.507 0.583

t, мм 0.265 0.705 1.043 1.416

а, мм 2.00 3.19 3.83 4.40

Rrn, мм 1.8 3.5 4.0 4.4

Rn3, мм 4.2 6.2 8.7 10.3

Ryn3, мм* 5.1 8.7 10.8 12.8

T, мм 4.2 9.9 15.9 19.5

<p = T/t 15.8 14.1 15.2 13.8

Vn3, мм 154 882 2255 3958

Votb , мм" 1.52 10.87 24.24 41.37

Vyn3, мм3 278 1378 2637 4390

Voth , мм3 1.70 11.42 24.66 44.58

* Ryra - значения радиуса упругопластической зоны, рассчитанные по формуле (6).

Практический выход зависимостей (7) заключается в том, что они позволяют просто оценить деформированный объем металла под отпечатком, который является важным размерным параметром при индентировании. Учитывая установленную прямо пропорциональную связь упругопластического объема металла под отпечатком Х/УПз с объемом невосстановленного отпечатка Voth, последний можно выбрать в качестве основного и легко определяемого размерного параметра при разграничении размерных уровней индентирования.

Другой практический выход полученных геометрических параметров деформированного объема металла под отпечатками заключается в том, что можно обоснованно количественно оценить соотношение общей глубины распространения пластической деформации Т к глубине отпечатка t при разных d/D. Как следует из таблицы 2, значения этого отношения Ф = T/t мало изменяются при увеличении d/D, а среднее значение ср к 15. Таким образом, экспериментально установлено, что при определении твердости шлифов, деталей, покрытий, структурных составляющих и др. их толщина должна быть не менее чем в 15 раз больше глубины отпечатка (а не в 8-10 раз, как это регламентировано в ГОСТ 9012-59, 21318-75 и 299975).

В главе 4 исследовано влияние деформированного объема и удельной деформированной поверхности на твердость металлов, предложена классификация размерных уровней индентирования при определении твердости по Виккерсу HV и Бринеллю HB, и установлены условия, при которых значения HB и HV будут одинаковыми независимо от их уровня.

Влияние размерного эффекта на твердость HV легко выявить при изменении нагрузки вдавливания F или глубины tn (диагонали dn) отпечатка, которые однозначно связаны с его объемом. Параметры F и tn (dn) были использованы в исследованиях размерного эффекта отечественными (Григорович В.К., Федосов С.А., Головин Ю.И. и др.) и зарубежными (М. Atkinson, W. Oliver, G. Pharr, L. Peshek, A. lost, R. Bigot и др.) учеными. Было показано сильное увеличение определяемых значений твердости HV при переходе от макро- к микроиндентированию и особенно -к наноиндентированию.

Причины проявления размерного эффекта при индентировании размерного эффекта разнообразны. В общем виде их можно подразделить на металлургические (размеры зерен и их границ, неметаллические включения, карбидные частицы, поры и др.), технологические (состояние поверхностного слоя после обработки: наклеп, чистота, окислы и др.), механические (напряженно-деформированное состояние, скорость деформации, доля упругого восстановления отпечатка и др.), физические (плотность дислокаций, поверхностная энергия, локальное повышение

температуры, структурно-фазовые превращения, смена механизма пластической деформации и др.), инструментальные (несовершенства формы индентора, вибрации индентора, увеличение погрешности измерений малых нагрузок и отпечатков и др.). С переходом на микро- и наноуровни индентирования влияние всех вышеперечисленных причин на проявление размерного эффекта резко возрастает.

Некоторые зарубежные исследователи (например, Д. Тейт и М. Аткинсон) предложили исключить влияние размерного эффекта на зависимости Н\/ от Р введением коррекции в формулу для расчета твердости путем регрессионного анализа данных индентирования. В результате такой коррекции значения твердости, определяемые на разных размерных уровнях индентирования, получаются примерно одинаковыми. Однако, такой полуэмпирический искусственный прием, исключающий влияние размерного эффекта как физического явления, нецелесообразен. При уменьшении деформируемого объема до уровня объемов элементарных кристаллических ячеек металла для смещения атомов и реализации механизма пластического сдвига потребуются более высокие напряжения. В результате значения твердости, характеризующие сопротивление металла деформации при вдавливании индентора, могут возрасти до их предельного теоретического значения по аналогии с теоретической прочностью. Поэтому можно считать, что понятие «теоретическая твердость» металла аналогична понятию «теоретическая прочность», и значительный вклад в достижение этих предельных физико-механических характеристик вносит размерный эффект, а не только отсутствие дислокаций в исходном состоянии идеального кристалла. Поэтому неслучайно значение прочности, близкое к теоретическому, было получено на идеальных, практически бездислокационных нитевидных кристаллах с весьма малым диаметром поперечного сечения (= 1 мкм). Значение твердости, близкое к теоретическому, было получено в экспериментах М. Аткинсона на наноуровне деформируемого объема, что также привело к сильному влиянию размерного эффекта.

В настоящей диссертационной работе были выполнены эксперименты для исследования влияния деформируемого объема на определяемые значения твердости НУ при изменении нагрузки вдавливания Р от 0.104 Г до 10400 Г. Испытания были проведены на армко-железе с крупным зерном (до 250 мкм), что позволяло нанести достаточное количество отпечатков в теле зерна с некоторым удалением от его границ. Перед индентированием поверхность микрошлифа обрабатывалась электролитическим способом для снятия поверхностного наклепа, полученного при механической обработке. Испытания индентированием на наноуровне выполнялись на приборе "Ыапозсап-ЗО", на микро-, мезо- и макроуровнях - на приборе

1пз1гоп Тикоп 2500. На рис. 8 представлены полученные экспериментальные зависимости твердости по Виккерсу Н\/ от нагрузки вдавливания Р и от объема отпечатка Х/0тН для армко-железа. При нагрузке вдавливания 0.104 Г (наноуровень) значения твердости составило 385 кГ/мм2, что примерно в 4 раза больше значения твердости (95 кГ/мм2) при нагрузке 10400 Г (макроуровень).

Еще за один размерный параметр, сильно влияющий на проявление размерного эффекта, можно принять удельную деформируемую поверхность Муд, равную отношению поверхности отпечатка М к его объему \/отН. Для пирамиды Виккерса (Муд)п = 3.279Л = 22.953/с1, а для сферического индентора диаметром О (Муд)с = 56.16/0 при <1/0 = 0.375, которому соответствует одинаковая контактная деформация Фвд = 0.073 при индентировании шаром и пирамидой. На рис. 9 представлены зависимости твердости по Бринеллю НВ и (Муд)с от О для стали 20. Видно, что резкое увеличение (Муд)с и НВ происходит при 14 < 1 мм.

ю;

400

- зоо

= 200

= 100

10" 10 10 10' 10' Р, г

(Мул)с, 1/мм

Н 10'-' ш' ю' 103 1 05 1 07 мкм3

Рис. 8. Зависимость твердости Н\/ от нагрузки вдавливания Р и объема отпечатка \/отН Для армко-железа

2 4 6 8 О. мм

Рис. 9. Зависимости удельной деформируемой поверхности отпечатка (Муд)с и твердости НВ от диаметра индентора О для стали 20

Также в главе 4 предложено разграничение размерных уровней индентирования материалов пирамидальным и сферическим инденторами. Обоснованное разграничение размерных уровней позволяет обеспечить индентирование разных материалов (мягких и твердых) на одном размерном уровне деформируемого объема при одинаковом влиянии размерного эффекта на определяемые значения твердости.

Для пирамиды Виккерса было предложено подразделять размерные уровни только по геометрическим параметрам отпечатков (глубина, диагональ, объем) в отличие от ГОСТ Р ИСО 6507-1:2007 и ГОСТ 8.748-2011, в которых разграничение размерных уровней производится в некоторых случаях по нагрузке вдавливания, а в некоторых

18

- по геометрическим параметрам отпечатка. Это может привести к тому, что при одной нагрузке Б индентирование для твердого и мягкого материалов будет происходить на разных размерных уровнях. Предлагается также ввести дополнительно мезодиапазон индентирования, как переходный от микро- к макродиапазону. Предлагаемая классификация размерных уровней индентирования материалов пирамидой представлена в таблице 3. Максимальная глубина отпечатка ^ на наноуровне принята 200 нм, исходя из вышеуказанных ГОСТ.

Таблица 3. Предлагаемая классификация размерных уровней индентирования материалов пирамидой

Глубина отпечатка мкм Диагональ отпечатка бп, мкм Объем отпечатка Уп*, мкм3 Размерный уровень индентирования

0.001 < 1п < 0.2 0.007 <бп< 1.4 2.80-10-ь<Уп< 6.53-10^ Нано

0.2 2.0 1.4< с1п < 14 6.53-10* <УП£ 6.53-10' Микро

2.0 <^210 14<с1п2 70 6.53-101 < Упгв.П-Ю-1 Мезо

1п> Ю с!п > 70 Уп> 8.17-103 Макро

* - объемы отпечатков, полученных вдавливанием пирамид Виккерса и Берковича, отличаются незначительно.

В отличие от пирамиды Виккерса, сферический индентор создает различные значения контактной деформации Ч^®" по мере увеличения глубины ^ или диаметра с1с отпечатка. Если ориентироваться на глубину невосстановленного отпечатка ^ при вдавливании сферического индентора, то при разграничении размерных уровней надо учитывать отношение ^/Я или с1сЮ, так как при увеличении этих параметров увеличивается контактная деформация Ч/ВД.

Наглядно размерные уровни индентирования сферическими инденторами представлены на номограммах (рис. 10), где показаны зависимости диаметра отпечатка с)с от Я (рис. 10а), и глубины отпечатка ^ от Р (рис. 106) для пяти значений ^/Р? или с!с/0. Если при индентировании измеряется диаметр отпечатка с!с, то для установления размерного уровня индентирования удобно использовать рис. 10а, а если измеряется глубина отпечатка ^ - то рис. 10б.

С помощью этих номограмм можно выбрать индентор с таким К который обеспечит требуемый размерный уровень индентирования при заданном значении с1с/Р или ^/14. Например, Например, для определения НВ при Твд = 0.02 на наноуровне необходим индентор с Я = 10 мкм, на микроуровне - индентор с 10 < Р < 100 мкм, на мезоуровне - 100 < Р < 500 мкм, на макроуровне - К > 500 мкм. Индентор с И > 5000 мкм может обеспечить только макроиндентирование при всех значениях 1С/Р = 0.002 - 0.2.

10" 1 о' ю2 ю3 ю4

10'

10° 101 ю2 ю3 ю4

Я. мкм

а

Я. мкм б

Рис. 10. Размерные уровни индентирования сферическими инденторами в

зависимости от радиусов 14, диаметров <1с (а), глубин ^ (б) невосстановленных отпечатков и отношений с)с/Р Ос/Р*): 1 - 0.126 (0.002);

2 - 0.253 (0.008); 3 - 0.40 (0.02); 4-0.75 (0.073); 5 - 1.2 (0.2)

Глава 5 посвящена практическому приложению результатов исследований. Одно из них заключается в разработке новой методики определения твердости материалов, учитывающей влияние размерного эффекта и позволяющей проводить индентирование материалов с разным уровнем твердости на одном размерном уровне. Учитывая сильную зависимость определяемых значений твердости от деформированного объема, можно полагать, что при одинаковых значениях этого объема индентирование сравниваемых материалов будет выполнено на одном размерном уровне. В главе 4 была установлена прямо пропорциональная связь Х/упз от объема отпечатка \/0тН- Поэтому, выдерживая постоянным \/0тН Для сравниваемых материалов, можно обеспечить их индентирование на одном размерном уровне, и тогда влияние размерного эффекта будет одинаковым.

При вдавливании пирамиды для получения заданного объема отпечатка достаточно знать с1п или 1п, т.к. объем отпечатка однозначно зависит от <3П или 1;п: V = 0.0238 с1п3 = 8.1671п3. Если имеется прибор для регистрации диаграммы вдавливания «Р - 1п», то в этом случае достаточно вдавливать пирамиду для разных материалов (твердых и мягких) до одного значения 1п. Этот процесс можно автоматизировать программными средствами, позволяющими останавливать нагружение при достижении заданного значения регистрировать соответствующую нагрузку Р и рассчитывать твердость по Мартенсу НМ, либо твердость при индентировании Н|Т согласно ГОСТ Р 8.748-2011. При отсутствии прибора для регистрации диаграммы «Р - 1п», следует постепенно увеличивать нагрузку Р ступенчато

до получения заданной диагонали отпечатка dn. В этом случае твердость HV определяется по известной формуле согласно ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007.

Опробование разработанной методики производилось на двух стальных образцовых плитках с большим отличием твердости HV: плитка I имела макротвердость HV5 = 113 кГ/мм2; плитка II - 869 кГ/мм2. Испытания индентированием плиток производилось на нанотвердомере Nano-Hardness Tester NHT (CSM Instruments) с регистрацией диаграмм вдавливания в координатах «нагрузка F - перемещение индентора t». В качестве индентора применялась трехгранная пирамида Берковича. Глубина отпечатка и твердость рассчитывались с использованием формулы Оливера-Фарра. Первоначальная максимальная нагрузка вдавливания для обеих плиток составляла 10 мН. Диаграммы вдавливания при этой нагрузке для обеих плиток представлены на рис. 11 (а и б), а результаты определения твердости при индентировании Н]Т существующим способом -в таблице 4.

После этого была зарегистрирована диаграмма вдавливания для твердой плитки с нагружением до получения перемещения индентора t, примерно равного перемещению индентора для мягкой плитки (рис. 11 в). При этом нагрузка вдавливания составила 40 мН.

F, мН F, мН F, мН

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 I, МКМ 1, МКМ I, мкм

а б в

Рис. 11. Диаграммы вдавливания «нагрузка Р- перемещение индентора Ь>:

а - мягкая плитка (Ртах = 10 мН, I = 0,43 мкм); б - твердая плитка (Ртах = Ю мН, I = 0,18 мкм); в - твердая плитка (Ртах = 40 мН, 1 = 0,45 мкм)

Таблица 4. Результаты определения твердости вдавливанием пирамиды Берковича для мягкой и твердой контрольных стальных плиток различными способами на микро- и наноуровнях

Существующий способ Предлагаемый способ

Мягкая плитка Твердая плитка Твердая плитка Д,

F, t, Н|Т0.01/30/10/30, F, t, Н|Т0.01/30/10/30, F, t, Н|Т0.04/30/10/30, %

мН мкм Н/мм2 мН мкм Н/мм2 мН мкм Н/мм2

10 0.430 2 459 10 0.180 22 565 40 0.450 12 117 86.2

Как следует из таблицы 4, завышение твердости, определенной существующим способом при постоянной нагрузке вдавливания, для твердой плитки составило 86.2 % по сравнению с твердостью, определенной предлагаемым способом.

Предлагаемая методика может быть применена и для определения твердости по Бринеллю. Для этого также необходимо выдержать равные объемы отпечатков при индентировании сравниваемых материалов. При одинаковом диаметре индентора й объем сферического отпечатка зависит от его глубины ^ или диаметра с1с-

В диссертационной работе выполнены эксперименты по определению твердости упрочненных слоев деталей, покрытий и локальных зон сварных соединений с использованием предлагаемой методики, учитывающей влияние размерного эффекта.

Также в главе 5 выполнен анализ нескольких таблиц (включая зарубежные) для перевода одних значений твердости в другие, определяемые различными методами. Было отмечено, что есть существенные расхождения в сопоставляемых значениях твердости. Так, например, в одних таблицах значения НУ начинают превышать значения НВ при НВ > 225, в других - при НВ > 320. Эти расхождения вызваны несоблюдением условий подобия при индентировании материалов. Иногда не указывается нагрузка вдавливания при определении НУ, диаметр индентора при определении НВ, класс материалов (черные или цветные металлы и сплавы). Как было сказано выше, при индентировании материалов с высокой твердостью при одной заданной нагрузке вдавливания резко уменьшается деформируемый объем, что приводит к повышению определяемых значений твердости вследствие влияния размерного фактора. В связи с этим были установлены условия подобия, при которых могут быть получены одинаковые значения НУ и НВ независимо от их уровня. Эти условия сводятся к равенству объемов отпечатков и контактной деформации при вдавливании пирамиды Виккерса и сферического индентора. Исходя из этого, получены следующие соотношения:

Рс =1.093-Рп ; с!с= 0.851 с1п, (8)

где Рс и Рп - нагрузки вдавливания на сферический и пирамидальный инденторы соответственно; с!с и с1п - диаметр и диагональ отпечатка соответственно.

В диссертации приведено экспериментальное подтверждение соотношений (8) при определении НВ и НУ материалов с разным уровнем твердости.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Рассмотрены роль и значение размерного эффекта в материаловедении при определении твердости металлов и сплавов. Установлено, что с уменьшением размеров элементов структуры и деформируемого объема, а также удельной деформируемой поверхности материала при индентировании происходит увеличение определяемых значений твердости.

2. Установлена связь твердости металлов по Бринеллю на пределе текучести НВ02 с диаметром зерна, которая оказалась аналогичной связи предела текучести сг0.2 с диаметром зерна, установленной Холлом и Петчем (с тем же физическим смыслом и показателем степени (минус 1/2) для размера зерна). Показано, что с уменьшением и других параметров структуры материала твердость изменяется аналогично.

3. Установлено, что при индентировании сферическим индентором до относительного диаметра отпечатка сЮ > 0.4 в сталях могут происходить структурно-фазовые превращения. Например, в сталях аустенитного класса происходит у -> а превращение с локальным образованием мартенсита, что подтверждается приобретением ферромагнитных свойств металла под отпечатком.

4. Выявлено распределение твердости, интенсивности напряжений и деформаций в пластически деформированном объеме металла под отпечатком, включая зону гидростатического ядра. Показано, что пластическая деформация развивается и распространяется в объеме металла в виде сферического сегмента согласно моделям Хилла-Джонсона и Джанкопулоса-Суреша. Однако центры этих сегментов смещаются вниз по мере увеличения степени нагружения индентора.

5. Определены радиусы гидростатического ядра, зоны пластической деформации под отпечатком. Установлена прямо пропорциональная связь объемов отпечатков и деформированных объемов металла под отпечатком.

6. Установлено, что при сЮ = 0.4 интенсивность напряжений в гидростатическом ядре достигает значения истинного временного сопротивления, а интенсивность пластической деформации - значения истинной предельной равномерной деформации при растяжении. При этом способность металла к упрочнению в гидростатическом ядре практически исчерпывается, что подтверждается параметром деформационного упрочнения Мейера п, близким к 2.

7. Установлено, что деформируемый объем металла под отпечатком является основным размерным параметром при индентировании. С уменьшением деформируемого объема определяемые значения твердости увеличиваются и особенно сильно при переходе на микро- и

наноуровни индентирования. Предложена классификация размерных уровней индентирования в зависимости от размеров деформируемого объема металла. Построены номограммы, позволяющие оперативно оценить размерный уровень индентирования металла сферическими инденторами различного радиуса (диаметра) при разных значениях контактной деформации при вдавливании.

8. Установлено, что при определении твердости отношение толщины контролируемого объекта к глубине отпечатка должно быть не менее 15, что следует из глубины распространения зоны пластической деформации под отпечатком.

9. Предложены условия подобия, при которых значения HB и HV будут одинаковыми независимо от уровня твердости контролируемого металла.

10. Предложена новая методика определения твердости материалов вдавливанием пирамидального и сферического инденторов, согласно которой необходимо выдерживать одинаковый деформируемый объем материала при индентировании. Это позволяет выполнить индентирование сравниваемых материалов на одном размерном уровне, вследствие чего влияние размерного эффекта на определяемые значения твердости будет одинаковым. Показано, что несоблюдение этого условия приводит к сильному завышению твердости одного и того же материала после его упрочнения, особенно на микро- и наноуровнях индентирования.

11. Предложено считать понятие «теоретическая твердость» аналогичным понятию «теоретическая прочность», и значительный вклад в достижение этих механических характеристик вносит размерный эффект, а не только отсутствие дислокаций в исходном состоянии идеального кристалла.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и зарубежных журналах

1 Марченков А.Ю. Масштабный фактор при определении твёрдости металлических материалов / Матюнин В.М., Дубов A.A. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. №9. Том 75. - С. 59-62.

2 Марченков А.Ю. Определение механических свойств металла в зонах концентрации напряжений (ЗКН) изделий машиностроения / Матюнин

B.М., Демидов А.Н., Дубов A.A. // Технология металлов. 2009. №7. -

C. 19-22.

3 Марченков А.Ю. Общие закономерности проявления масштабного фактора при определении прочности и твёрдости металла / Матюнин

B.М., Дубов A.A., // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. №8. Том 76. - С.43-47.

4 Marchenkov A.Yu. Scale factor in determining the hardness of metal materials / Matyunin V.M., Dubov A.A. // Inorganic materials, 2010. Vol.46, №15. pp. 1692-1695.

5 Marchenkov A.Yu. Regularities in the manifestation of the scale factor during determination of the strength and hardness of a metal / Matyunin V.M., Dubov A.A. // Inorganic materials, 2011. Vol.47, №15. pp. 78-83.

6 Марченков А.Ю. Исследование микро- и макротвердости материалов и влияния на них скорости индентирования / Матюнин В.М., Опаричев Е.Б., Проходцов М.А. //Технология металлов. 2013. №2. - С. 54-56.

7 Марченков А.Ю. Автоматизированное исследование микротвердости и микроструктуры металла / Драгунов В.К., Матюнин В.М., Николаев В.П. // Технология металлов. 2013. №3. - С . 44-46.

8 Марченков А.Ю. Исследование влияния размерного эффекта на результаты определения твердости на разных масштабных уровнях / Матюнин В.М., Демидов А.Н. // Технология металлов. 2013. №6. -

C. 53-54.

9 Марченков А.Ю. Способ определения твердости материалов вдавливанием пирамиды на разных масштабных уровнях индентирования (часть 1) / Матюнин В.М., Агафонов Р.Ю. // Технология металлов. 2014. №6. - С. 44-47.

10 Марченков А.Ю. Способ определения твердости материалов вдавливанием пирамиды на разных масштабных уровнях индентирования (часть 2) / Матюнин В.М., Агафонов Р.Ю. // Технология металлов. 2014. №9. - С. 44-47.

Публикации в сборниках трудов конференций

11 Марченков А.Ю. Связь прочности и твердости металлических материалов на разных масштабных уровнях / Дубов A.A. // Пятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов в трех томах. Том 3. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. -С. 274-275.

12Марченков А.Ю. Влияние размерного фактора на значения твердости металла, определяемые методами Бринелля и Виккерса // VI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов. Сборник статей. - М., 2009. С. 47-50.

13 Марченков А.Ю. Проявление размерного эффекта при определении твердости металла на разных масштабных уровнях деформируемого объема // VII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических

материалов». Сборник материалов. - М.: Интерконтакт Наука, 2010. -С. 154-155.

14Марченков А.Ю. Изменение твердости металла на разных масштабных уровнях индентирования / Дубов A.A. // Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов в трех томах. Том 3. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 303-305.

15Марченков А.Ю. Твердость металла в макро- и микрообъемах // Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов в трех томах. Том 3. - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - С. 277-278.

16Марченков А.Ю. Распределение напряжений и деформаций в пластически деформированном объеме металла при вдавливании сферического индентора / Матюнин В.М. // V Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Сборник материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2013. С. 85-86.

17Марченков А.Ю. Механические свойства металла в структурных зонах концентрации напряжений элементов конструкций и машин / Матюнин В.М. // Международная конференция «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения», посвященная 75-летию Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН. Материалы конференции. -М.: Изд-во «Институт компьютерных исследований», 2013. - С. 61.

18Марченков А.Ю. Структура и механические свойства металла шпилек крупных гидроагрегатов / Матюнин В.М., Дубов Ал.А. // Восьмая научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии». Тезисы докладов. Секция 1 «Оборудование ГЭС». - Санкт-Петербург: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2014. С. 14-16.

19Марченков А.Ю. Исследование механических свойств металла в локальных структурных зонах концентрации напряжений изделий энергетического оборудования / Матюнин В.М., Демидов А.Н. // Форум проектов программ Союзного государства - III Форум вузов инженерно-технологического профиля. Сборник материалов секции «Энергетическая безопасность Союзного государства». - Минск: БНТУ, 2014.-С. 146-148.

20 Марченков А.Ю. Размерный эффект при индентировании и его роль при определении твердости материалов / Матюнин В.М. // Международные научные чтения им. И.А. Одинга «Механические свойства современных конструкционных материалов». Сборник материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2014. С. 40-44.

21 Марченков А.Ю. Определение трещиностойкости материалов и упрочняющих покрытий методом индентирования // XI Российская

ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Сборник материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2014. С. 149-151.

22 Марченков А.Ю. Исследование локальных зон концентрации напряжений в элементах энергетического оборудования // Двадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов в четырех томах. Том 4. - М.: Издательский дом МЭИ, 2014. - С. 220.

23 Марченков А.Ю. Экспресс-контроль характеристик прочности алюминиевых сплавов и их сварных соединений / Матюнин В.М., Агафонов Р.Ю. // Материалы VI Всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» по тематике «Эксплуатационные разрушения конструкционных материалов и функциональных покрытий». ВИАМ, 2015.

24 Марченков А.Ю. Оценка деформируемого объема металла при вдавливании сферического индентора // Двадцать первая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов в четырех томах. Том 4. - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. -С. 144.

Полученные патенты на изобретения

25 Патент РФ на изобретение №2451282 от 20.05.2012 г. Способ определения механических характеристик материалов. Авторы: Матюнин В.М., Волков П.В., Марченков А.Ю.

26 Патент РФ на изобретение №2451283 от 20.05.2012 г. Способ выявления неоднородности распределения механических свойств металла. Авторы: Матюнин В.М., Волков П.В., Марченков А.Ю.

Подписано в печать: 22.04.2015 Формат 60x84/16.

Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ № 128. МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.