基于儀器化Vickers壓入O-P硬度確定材料維氏硬度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于儀器化Vickers壓入O-P硬度確定材料維氏硬度的方法，該方法利用Vickers壓頭儀器化壓入材料所得載荷-位移曲線來確定被測材料的儀器化壓入比功與O-P硬度，然后利用所建立的函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步確定被測材料的維氏硬度。與維氏硬度的直接壓痕測量方法相比，該方法的突出優(yōu)點(diǎn)為：無需測量Vickers壓痕對角線長度，避免了直接壓痕測量方法存在的因Vickers壓痕頂角不清晰導(dǎo)致測量壓痕對角線長度困難或不準(zhǔn)確的問題。
【專利說明】基于儀器化Vickers壓入Ο-P硬度確定材料維氏硬度的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測試領(lǐng)域。具體涉及一種利用Vickers壓頭儀器化壓入 載荷-位移曲線來確定被測材料維氏硬度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 材料的維氏硬度一般由維氏硬度計(jì)來測定，其基本原理是利用金剛石Vickers壓 頭對材料表面實(shí)施某一最大壓入載荷為P m的壓入測試，保持最大壓入載荷15-30秒后進(jìn) 行卸載，然后借助顯微鏡測量Vickers壓痕對角線長度d，最后通過公式確定材料的維氏 硬度：隊(duì) (^?4)=25^1168°?111/(12。在上述測量過程中，壓痕對角線長度的確定是基礎(chǔ)，而 Vickers壓痕頂角清晰與否是影響壓痕對角線長度測量的關(guān)鍵。當(dāng)測試載荷小或者材料 表面存在粗糙度問題時，往往存在因 Vickers壓痕頂角不清晰導(dǎo)致測量壓痕對角線長度困 難或不準(zhǔn)確的問題。針對此問題，人們在上世紀(jì)九十年代初研制成功了可同時測量金剛石 Vickers或Berkovich壓頭在壓入材料過程中的壓入載荷與壓入深度（或稱壓入位移），并 據(jù)此提出材料硬度新的測試方法，該類硬度統(tǒng)稱為儀器化壓入硬度，該類儀器統(tǒng)稱為儀器 化壓入儀。儀器化壓入硬度的測試特點(diǎn)是不需要測量壓痕對角線長度。但是，使用儀器化壓 入硬度也存在一個突出問題，即它與傳統(tǒng)維氏硬度的關(guān)系問題。為解決該問題，本發(fā)明應(yīng)用 量綱定理及彈塑性有限元數(shù)值分析方法建立了一種基于Vickers壓頭儀器化壓入比功與 0-P硬度確定材料維氏硬度的方法，該方法利用Vickers壓頭儀器化壓入材料所得載荷-位 移曲線來確定被測材料的儀器化壓入比功與0-P硬度，然后利用所建立的函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步 確定被測材料的維氏硬度。與維氏硬度的直接壓痕測量方法相比，該方法的突出優(yōu)點(diǎn)為：無 需測量Vickers壓痕對角線長度，避免了直接壓痕測量方法存在的因 Vickers壓痕頂角不 清晰導(dǎo)致測量壓痕對角線長度困難或不準(zhǔn)確的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于Vickers壓頭儀器化壓入材料所得載荷-位移曲線 確定材料維氏硬度的方法，該方法無需測量Vickers壓痕對角線長度，可避免直接壓痕測 量方法存在的因 Vickers壓痕頂角不清晰導(dǎo)致測量壓痕對角線長度困難或不準(zhǔn)確的問題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0005] -種基于儀器化Vickers壓入0-P硬度確定材料維氏硬度的方法，該方法利用 Vickers壓頭儀器化壓入材料所得載荷-位移曲線來確定被測材料的儀器化壓入比功與 0-P硬度，然后利用所建立的函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步確定被測材料的維氏硬度，具體包括以下步 驟：
[0006] 1)利用儀器化壓入儀和金剛石Vickers壓頭對被測材料實(shí)施某一最大壓入載荷 為P m的儀器化壓入測試，獲得壓入載荷-位移關(guān)系的Ρ-h曲線及最大壓入深度hm，然后利用 冪函數(shù)關(guān)系P = a (h_hf)m對卸載曲線進(jìn)行擬合獲得擬合系數(shù)α、匕和!11，并據(jù)此計(jì)算卸載 曲線在最大載荷Pm時刻的初始卸載斜率Su = mPm( a /Pm) 1/m、0-p接觸深度tvP = hm-0. 75Pm/ Su和儀器化壓入0-P硬度Hyp = Pm/A (tvP)，其中，A (tvP)為對應(yīng)0-P接觸深度tvP時的壓頭 橫截面積，當(dāng)不考慮壓頭尖端鈍化時

【權(quán)利要求】
1. 一種基于儀器化Vickers壓入o-p硬度確定材料維氏硬度的方法，該方法利用 Vickers壓頭儀器化壓入材料所得載荷-位移曲線來確定被測材料的儀器化壓入比功與 Ο-P硬度，然后利用所建立的函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步確定被測材料的維氏硬度，具體包括以下步 驟： 1) 利用儀器化壓入儀和金剛石Vickers壓頭對被測材料實(shí)施某一最大壓入載荷為Pm 的儀器化壓入測試，獲得壓入載荷-位移關(guān)系的Ρ-h曲線及最大壓入深度hm，然后利用冪函 數(shù)關(guān)系P= a (h-hf)m對卸載曲線進(jìn)行擬合獲得擬合系數(shù)〇、匕和!11，并據(jù)此計(jì)算卸載曲線 在最大載荷P m時刻的初始卸載斜率Su = mPm( a /Pm) 1/m、0-P接觸深度tvP = hm-0. 75Pm/Su和 儀器化壓入O-P硬度IVp = Pm/AOvp)，其中，AOvp)為對應(yīng)O-P接觸深度tvP時的壓頭橫 截面積，當(dāng)不考慮壓頭尖端鈍化時= 24.5g.P，而考慮壓頭尖端鈍化時，則A(Vp)應(yīng) 由壓頭的面積函數(shù)六〇1)來確定，即卓/1。.1〇 = 4/〇|/^1>; 2) 通過分別積分載荷-位移曲線關(guān)系中的加載曲線和卸載曲線計(jì)算壓入加載功Wt、卸 載功we，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算壓入比功wyw t; 3) 根據(jù)維氏硬度Hv與儀器化壓入比功wywt及Ο-p硬度Hyp的關(guān)系最終確定被測材料 的維氏硬度H v: Hv = H〇_pf(ffe/fft) =H〇_p[0. 7892+0. 8439 (ffe/fft) -4. 1683 (ffe/fft) 2+8. 4082 (ffe/fft)3 -10. 0858 (ffe/fft) 4+6. 8828 (ffe/fft) 5-2. 1631 (ffe/fft)6]
【文檔編號】G01N3/42GK104122152SQ201410348993
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】馬德軍, 王家梁, 張傳清, 陳偉, 黃勇, 宋仲康, 叢華, 孫亮 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院