[发明专利]仪器化微米压入测试材料单轴强度均值的方法

摘要

本发明公开了一种仪器化微米压入测试材料单轴强度均值(材料的屈服强度与强度极限的算术平均值)的方法，该方法使用仪器化微米压入加载功、卸载功以及名义硬度来测定被测试材料的单轴强度均值。使用本发明的方法可以容易地测定出被测材料的单轴强度均值。

主权项

1.一种仪器化微米压入测试材料单轴强度均值的方法，该方法使用仪器化微米压入加载功、卸载功以及名义硬度来测定被测试材料的单轴强度均值，具体包括以下步骤：(1)利用仪器化压入仪和金刚石锥形压头对被测试材料表面实施最大压入深度h_m大于8微米或测试载荷大于4N的垂直压入，获得被测试材料的载荷-位移曲线；(2)根据被测试材料的载荷-位移曲线计算名义硬度其中，P_m为最大压入载荷，h_m为对应最大压入载荷时的最大压入深度，A(h_m)为对应最大压入深度时的压头横截面积；(3)通过分别积分加载曲线和卸载曲线计算压入加载功W_t、卸载功W_e，并在此基础上计算压入比功W_e/W_t；(4)若已知被压材料的杨氏模量E，则直接计算被压材料与压头材料平面应变杨氏模量之比其中，v为被测试材料的泊松比，可由材料手册确定，E_i＝1141GPa和v_i＝0.07分别为金刚石压头的杨氏模量与泊松比；若被压材料的杨氏模量未知，则需要使用仪器化微米压入测试材料杨氏模量的方法确定被压材料的杨氏模量E：E＝(1-v²)/[1/E_c-1.32(1-v_i²)/E_i]，其中，E_c为被测试材料与压头材料的联合杨氏模量，且a_m(m＝1，2，3，4，5，6)为多项式系数，且a₁＝0.16716，a₂＝-0.13875，a₃＝0.06215，a₄＝0.01568，a₅＝-0.04784，a₆＝0.01878；在此基础上计算被压材料与压头材料的平面应变杨氏模量之比(5)基于比功W_e/W_t和系数a_nσjm(j＝1，…，4；m＝0，1，…，6)计算下列函数值：(σsb/Hn)j=fnσj(We/Wt)=Σm=06anσjm(We/Wt)m(j=1,2,3,4)]]>式中，σ_sb表示被测试材料的单轴强度均值，即材料的屈服强度σ_s与强度极限σ_b的算术平均值：σ_sb＝(σ_s+σ_b)/2；系数a_nσjm(j＝1，…，4；m＝0，1，…，6)的取值为：a_nσ10＝0.21612，a_nσ11＝0.68881，a_nσ12＝0.04755，a_nσ13＝-0.30597，a_nσ14＝7.13599，a_nσ15＝-12.9184，a_nσ16＝7.64154；a_nσ20＝0.21044，a_nσ21＝0.85842，a_nσ22＝-2.01805，a_nσ23＝9.14063，a_nσ24＝-13.6976，a_nσ25＝9.10946，a_nσ26＝-1.25655；a_nσ30＝0.20812，a_nσ31＝-2.55360，a_nσ32＝-2.55360，a_nσ33＝10.9889，a_nσ34＝-16.7842，a_nσ35＝11.5289，a_nσ36＝-1.91479；a_nσ40＝0.21122，a_nσ41＝0.69706，a_nσ42＝-1.09724，a_nσ43＝5.34558，a_nσ44＝-7.19827，a_nσ45＝4.94342，a_nσ46＝-0.70899；(6)根据(σ_sb/H_n)_j(j＝1，…，4)和4个η值η_j(j＝1，…，4)：η₁＝[70/(1-0.3²)]/∞＝0、η₂＝[70/(1-0.3²)]/[1141/(1-0.07²)]＝0.0671、η₃＝[200/(1-0.3²)]/[1141/(1-0.07²)]＝0.1917和η₄＝[400/(1-0.3²)]/[1141/(1-0.07²)]＝0.3834，用三次拉格朗日插值法计算对应被压材料与压头平面应变杨氏模量之比为η的材料单轴强度均值σ_sb与名义硬度H_n的比值σ_sb/H_n：σsb/Hn=Σk=14{(σsb/Hn)kΠj=1j≠k4[(η-ηj)/ηk-ηj)]}]]>(7)基于名义硬度H_n确定被压材料的单轴强度均值σ_sb：σ_sb＝(σ_sb/H_n)H_n