[发明专利]一种用于金属材料的动态载荷压痕测试方法

说明书

本发明涉及一种用于金属材料的动态载荷压痕测试方法，包括如下步骤：(1)利用内部设有加速度传感器的冲击压头机构，垂直冲击待测金属材料的表面，加速度传感器记录加速度‑时间曲线；(2)将得到的加速度‑时间曲线转换成冲击力‑压入深度曲线；(3)进行多次不同冲击力的动态压痕测试，获得一系列冲击力‑压入深度曲线；(4)将获得的冲击力‑压入深度曲线转换成表征应力和表征应变，并据此拟合出真应力‑应变曲线；(5)根据真应力‑应变曲线求出金属材料的屈服强度和抗拉强度。本发明通过利用加速度传感器获取的加速度‑时间曲线，通过一步步计算得到金属材料的屈服强度和抗拉强度，该方法大大提高金属材料的检测效率。

技术领域

本发明涉及材料分析测试技术领域，具体涉及一种用于金属材料的动态载荷压痕测试方法。

背景技术

在火电、核电、海洋油气以及石油化工等行业中存在着大量的服役设备，其中近80％的设备是压力容器和管道。这些设备长期服役在高温、高压、低温、中子辐照或腐蚀性介质的恶劣环境下，容易造成材料性能的劣化和损伤。评价材料的性能需要从设备上取下部分金属试样进行测试，这样会破坏设备原有结构，影响设备的安全。在不破坏设备的前提下，如何定量表征在役设备金属材料的力学性能成了国内外研究的热点。

现有技术采用连续压痕法(也称为仪器化压痕法)测试，连续压痕法基于硬度测试的原理发展而来，该方法用一个球形压头在金属试样的同一个部位进行多次加载和卸载(加载载荷逐次递增)，通过每次卸载的曲线求出表征应力和表征应变，再用其求出材料的真应力应变曲线，进而获得材料的屈服强度和抗拉强度，该方法用表征应力和表征应变反推出真应力应变曲线时，需要假设材料符合某一种本构关系，如线性硬化、幂硬化等，而在实际测试中往往无法预知材料的硬化模型，这会导致结果偏差很大，且测试效率低。

另外还有一种里氏硬度法，里氏硬度计基于动载荷，该仪器不需要专门的固定装置，具有体积小、重量轻、测试简单、可以手持测试的优点，非常适合现场测试。里氏硬度的基本原理为：利用硬质球体冲击试样表面，球体冲击后发生回弹，回弹速度低于冲击速度，利用冲击和回弹直接的速度差异来表征材料的硬度。球体冲击试样的过程中，一部分动能转变为材料塑性变形内能，另一部分动能以回弹速度的形式体现。若材料的弹性极限越高，塑性变形吸收的动能就越少，球体回弹的速度就越大，表明材料的硬度越高，但该方法只能测试金属材料的硬度，不能测试其他力学，如屈服强度、抗拉强度等力学性能指标。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于金属材料的动态载荷压痕测试方法，可以快速测试金属材料屈服强度和抗拉强度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于金属材料的动态载荷压痕测试方法，包括如下步骤：

(1)利用内部设有加速度传感器的冲击压头机构，以预设的动能垂直冲击待测金属材料的表面，所述加速度传感器记录冲击过程中的加速度-时间曲线；

(2)将步骤(1)得到的加速度-时间曲线转换成冲击力-压入深度曲线；

(3)重复步骤(1)、(2)，用不同动能的冲击压头机构在金属材料的不同位置进行多次动态压痕测试，获得一系列冲击力-压入深度曲线；

(4)将获得的冲击力-压入深度曲线转换成表征应力和表征应变，再用表征应力和表征应变拟合出真应力-应变曲线；

(5)根据真应力-应变曲线求出金属材料的屈服强度和抗拉强度。

进一步地，步骤(1)所述的冲击压头机构下端设有一球状硬质合金。

进一步地，所述球状硬质合金的直径为0.5-2mm。

进一步地，步骤(2)所述加速度-时间曲线转换成冲击力-压入深度曲线的方法为：

(1)将加速度对时间进行一次积分，得到速度-时间曲线；