[发明专利]基于仪器化Berkovich压入O-P硬度确定材料维氏硬度的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料力学性能测试领域。具体涉及一种利用Berkovich压头仪器化压入载荷-位移曲线来确定被测材料维氏硬度的方法。

背景技术

材料的维氏硬度一般由维氏硬度计来测定，其基本原理是利用金刚石Vickers压头对材料表面实施某一最大压入载荷为P_vm的压入测试，保持最大压入载荷15-30秒后进行卸载，然后借助显微镜测量Vickers压痕对角线长度d，最后通过公式确定材料的维氏硬度：H_v(压痕法)＝2sin68°P_vm/d²。在上述测量过程中，压痕对角线长度的确定是基础，而Vickers压痕顶角清晰与否是影响压痕对角线长度测量的关键。当测试载荷小或者材料表面存在粗糙度问题时，往往存在因Vickers压痕顶角不清晰导致测量压痕对角线长度困难或不准确的问题。针对此问题，人们在上世纪九十年代初研制成功了可同时测量金刚石Vickers或Berkovich压头在压入材料过程中的压入载荷与压入深度(或称压入位移)，并据此提出材料硬度新的测试方法，该类硬度统称为仪器化压入硬度，该类仪器统称为仪器化压入仪。仪器化压入硬度的测试特点是不需要测量压痕对角线长度。但是，使用仪器化压入硬度也存在一个突出问题，即它与传统维氏硬度的关系问题。为解决该问题，本发明应用量纲定理及弹塑性有限元数值分析方法建立了一种基于Berkovich压头仪器化压入比功与O-P硬度确定材料维氏硬度的方法，该方法利用Berkovich压头仪器化压入材料所得载荷-位移曲线来确定被测材料的仪器化压入比功与O-P硬度，然后利用所建立的函数关系进一步确定被测材料的维氏硬度。该方法的价值在于它解决了以往仪器化压入测试广泛使用Berkovich压头而不能获得被测试材料维氏硬度的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用Berkovich压头及其仪器化压入测试材料所得载荷-位移曲线确定材料维氏硬度的方法。该方法的价值在于它解决了以往仪器化压入测试广泛使用Berkovich压头而不能获得被测试材料维氏硬度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于仪器化Berkovich压入O-P硬度确定材料维氏硬度的方法，该方法利用Berkovich压头仪器化压入材料所得载荷-位移曲线来确定被测材料的仪器化压入比功与O-P硬度，然后利用所建立的函数关系进一步确定被测材料的维氏硬度，具体包括以下步骤：

1)利用仪器化压入仪和金刚石Berkovich压头对被测材料实施某一最大压入载荷为P_m的仪器化压入测试，获得压入载荷-位移关系的P-h曲线及最大压入深度h_m，然后利用幂函数关系P＝α(h-h_f)^m对卸载曲线进行拟合获得拟合系数α、h_f和m，并据此计算卸载曲线在最大载荷P_m时刻的初始卸载斜率S_u＝mP_m(α/P_m)^1/m、O-P接触深度h_O-P＝h_m-0.75P_m/S_u和仪器化压入O-P硬度H_O-P＝P_m/A(h_O-P)，其中，A(h_O-P)为对应O-P接触深度h_O-P时的压头横截面积，当不考虑压头尖端钝化时而考虑压头尖端钝化时，则A(h_O-P)应由压头的面积函数A(h)来确定，即A(hO-P)=A(h)|h=hO-P;]]>