[发明专利]基于Vickers压痕的材料弹塑性参数仪器化压入测试方法

摘要

本发明公开了一种基于Vickers压痕的金属材料弹塑性参数仪器化压入测试方法，该方法利用Vickers压头仪器化压入金属材料所得载荷‑位移曲线及Vickers压痕确定金属材料的应变硬化指数n、弹性模量E、条件屈服强度σ0.2及强度极限σb。与使用两个或两个以上不同锥顶角的棱锥压头仪器化压入测试方法相比，该方法仅使用单一Vickers压头对金属材料实施仪器化压入测试并辅以Vickers压痕几何参数测试即可确定金属材料的应变硬化指数n、弹性模量E、条件屈服强度σ0.2及强度极限σb，避免了测试前需要单独设计加工不同于标准凌锥压头锥顶角的非标准棱锥压头问题，以及测试过程中需要更换压头及由此导致的需要对仪器柔度进行重新标定的问题，提高了测试效率。

主权项

一种基于Vickers压痕的材料弹塑性参数仪器化压入测试方法，该方法利用Vickers压头仪器化压入金属材料所得载荷‑位移曲线及Vickers压痕确定金属材料的应变硬化指数n、弹性模量E、条件屈服强度σ0.2及强度极限σb，具体包括以下步骤：1)利用仪器化压入仪和金刚石Vickers压头对被测材料实施某一最大压入载荷为Pm的仪器化压入测试，获得压入载荷‑位移曲线，同时利用该曲线确定金刚石Vickers压头的最大压入深度hm、名义硬度Hn＝Pm/A(hm)，其中，A(hm)为对应最大压入深度时的金刚石Vickers压头横截面积，当不考虑金刚石Vickers压头尖端钝化时而考虑金刚石Vickers压头尖端钝化时，则A(hm)应由金刚石Vickers压头的面积函数A(h)来确定，即2)通过分别积分载荷‑位移曲线关系中的加载曲线和卸载曲线计算压入加载功Wt、卸载功We，并在此基础上计算压入比功We/Wt；3)借助显微镜分别量取Vickers压痕中心至四个压痕边界的距离：d1、d2、d3和d4，并确定中边距d＝(d1+d2+d3+d4)/4及其与名义中边距dn＝dm tan68°之比d/dn；4)根据4个不同硬化指数n1＝0，n2＝0.15，n3＝0.30，n4＝0.45下的仪器化压入比功We/Wt与d/dn的关系其中，i取值分别为1、2、3、4相应于4个不同的硬化指数，多项式系数aij(i＝1，...，4；j＝0，1，2)的取值为：分别确定i取1、2、3、4时的相应(d/dn)i值，然后根据拉格朗日插值公式确定n′：进一步根据非负原则确定被测试材料的应变硬化指数n：n＝max{n′，0}5)根据4个不同硬化指数ni(i＝1，2，3，4)下的仪器化压入比功We/Wt与比值Hn/Ec的关系其中，Ec为被测试材料与金刚石Vickers压头的联合弹性模量，多项式系数bij(i＝1，...，4；j＝0，...，6)的取值为：分别确定i取1、2、3、4时的相应(Hn/Ec)i值，然后利用拉格朗日插值公式确定Hn/Ec：进一步根据仪器化压入名义硬度Hn及比值Hn/Ec确定被测试材料与金刚石Vickers压头的联合弹性模量Ec：Ec＝Hn/(Hn/Ec)及被测试材料的弹性模量E：其中，金刚石Vickers压头的弹性模量Ei＝1141GPa，泊松比vi＝0.07，被测试材料的泊松比v可根据材料手册确定；6)根据4个不同硬化指数ni(i＝1，2，3，4)及3个不同被测试材料与金刚石压头平面应变弹性模量之比ηj(j＝1，2，3)(η1＝0.0671，η2＝0.1917，η3＝0.3834)下的仪器化压入比功We/Wt与屈服强度同名义硬度的比值关系其中，多项式系数cijk(i＝1，...，4；j＝1，2，3；k＝0，...，6)的取值为：分别确定i取1、2、3、4，j取1、2、3时的相应(σy/Hn)ij(i＝1，...，4；j＝1，2，3)值，然后根据及ηj(j＝1，2，3)值由拉格朗日插值公式确定σy/Hn：进一步根据仪器化压入名义硬度Hn及比值σy/Hn确定被测试材料的屈服强度σy：σy＝Hn(σy/Hn)及由关系式确定被测试材料的条件屈服强度σ0.2；7)计算εy＝σy/E，并由关系式确定εb，最后确定被测试材料的强度极限σb：。