[发明专利]一种原位压入测试提取金属弹塑性参数的方法

摘要

本发明公开了一种原位压入测试提取金属材料弹塑性参数的方法：采用圆柱形和两种不同锥角压头进行测试，得到金属的弹性模量并结合塑性应变梯度理论给出去除压入梯度效应影响的载荷‑深度曲线（P0‑h），进一步通过数值模拟反演得到两种锥角压头作用下的特征应力σr，结合不同锥角下的特征应变εr，代入幂强化弹塑性本构关系中求解即得被测材料的屈服应力σy与硬化指数n；该方法准确性高、去除了压入梯度效应的影响并从数学上保证了所得弹塑性本构关系的唯一性，从而提高了基于微纳米压入法提取金属材料弹塑性参数的有效性。

主权项

1.一种原位压入测试提取金属弹塑性参数的方法，其特征在于：所述方法是采用圆柱形金刚石压头测试结合两种不同锥角三棱锥金刚石压头测试来获取金属材料幂强化弹塑性本构关系，包括如下步骤：1)采用圆柱形金刚石压头对金属进行微压入测试，通过卸载曲线得到折合模量Er及金属的弹性模量E；dP/dh＝2Era     (1)a为圆柱形金刚石压头的半径，P为压入载荷，h为压入深度；E和v为被测材料的弹性模量与泊松比；Ei和vi为金刚石压头的弹性模量与泊松比，Ei＝1141Gpa，vi＝0.07；2)采用两种不同锥角的三棱锥金刚石压头并结合连续刚度测量法对金属进行压入测试，得到压入载荷‑压入深度曲线(P‑h)与接触刚度的连续测量值(S‑h)；3)基于接触面积Ac‑接触刚度S‑折合模量Er关系式与硬度公式得到真实压入接触面积Ac及硬度H随压入深度h的变化值(Ac‑h、H‑h)；其中β＝1；4)采用基于晶体细观机制的塑性应变梯度理论对2)得出的压入载荷‑压入深度曲线(P‑h)修正后，得到去除压入梯度效应影响的硬度值H0及载荷‑深度曲线(P0‑h)；P0＝H0AC      (6)其中h*为特征长度；5)通过数值模拟并结合4)所得P0‑h曲线得到两种不同锥角压头作用下被测材料的特征应力σr，进一步结合不同锥角压头下的特征应变值εr得到两组特征应力‑特征应变值(σr‑εr)；εr＝0.0319cotα      (8)α为三棱锥压头的等效半锥角；6)将5)所得结果代入幂强化弹塑性本构关系并结合1)所得弹性模量值E，通过求解方程组即可得到被测材料的屈服应力σy与硬化指数n；其中σ和ε分别为本构关系中的应力和应变，R为强度系数；