[发明专利]一种消除压入尺度效应影响的金属蠕变性能参数获取方法

权利要求书

1.一种消除压入尺度效应影响的金属蠕变性能参数获取方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)采用三棱锥金刚石压头对金属进行不同加载速率下的预压入测试，确定加载段为弹塑性变形、卸载段为纯弹性恢复变形的压入加载/卸载时间，结合压入保载时间得到完整的三棱锥金刚石压头压入载荷–深度曲线P–h；

2)对金属进行圆柱形金刚石压头微纳米压入测试，基于卸载段数据得到其折合模量E_r：

dP/dh＝2E_ra (1)

P和h分别为压入载荷与压入深度，a为圆柱形金刚石压头的横截面半径；

3)采用1)所得三棱锥金刚石压头压入载荷–深度曲线P–h卸载段顶点的刚度值S，S即为加载段结束时的弹性接触刚度S_e，结合压入加载过程中接触刚度S与压入深度h之间的线性关系得到压入加载段的实时压入接触刚度，S∝h；

4)基于压入接触刚度S–折合模量E_r–接触面积A_c之间的关系式获得压入加载过程中硬度H随压入深度h的变化关系H–h；

H＝P/A_c＝P/(S²π/4β²E_r²)＝4β²E_r²P/πS² (2)

其中β＝1，通过基于晶体细观机制的塑性应变梯度理论对所得加载段压入硬度平方值–深度倒数关系H²-1/h进行线性拟合，得到不受压入尺度效应影响的硬度值H₀及加载段压入载荷–深度曲线P₀–h；

H²＝H₀²+h^*H₀²/h (3)

P₀＝H₀A_c (4)

h^*表示特征长度；

5)采用经验关系式(5)对压入保载段的蠕变变形进行描述；

h(t)＝h_e+bt^d+kt (5)

h_e＝∈P/S_e (6)

其中h_e为加载段的弹性压入深度，b、d、k为相关拟合参数，t≥0为蠕变时间，即保载时间，∈为压头几何形状相关常数，当压头为三棱锥玻氏金刚石压头时，∈＝0.75，P为最大压入载荷，即压入保载载荷；

6)基于线性粘性假定下蠕变柔量的不变性，得到去除加载段压入尺度效应影响的蠕变变形h₀(t)：

J₀(t)＝J(t)→A_inh₀(t)/(P₀h_in)＝A_inh(t)/(Ph_in) (7)

其中J(t)、J₀(t)为去除加载段压入尺度效应前后的压入蠕变柔量，h_in、A_in分别为加载段结束时的压入深度与压入接触面积，P、P₀为去除加载段压入尺度效应前后的压入保载载荷，h_e⁰为去除加载段压入尺度效应后的弹性压入深度，b₀、d₀、k₀为去除加载段压入尺度效应后的相关蠕变变形参数；

7)结合4)所得去除压入尺度效应后的加载段压入载荷–深度曲线P₀–h、6)所得去除加载段压入尺度效应影响的蠕变变形h₀(t)及原始压入卸载段数据，重构出去除压入尺度效应影响的完整的压入载荷–深度曲线P₀-h₀，基于去除压入尺度效应后的稳态蠕变数据得到金属的蠕变应力指数n₀；

其中为压入保载段的蠕变应变率，H为压入保载过程中的实时硬度。