[發明專利]基于Berkovich壓痕的材料彈塑性參數儀器化壓入測試方法

有效

• 申請號: 201410349761.8
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104237037B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 馬德軍;陳偉;王家梁;宋仲康;叢華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于Berkovich壓痕的材料彈塑性參數儀器化壓入測試方法，該方法利用Berkovich壓頭儀器化壓入金屬材料所得載荷-位移曲線及Berkovich壓痕確定金屬材料的應變硬化指數n、彈性模量E、條件屈服強度σ_0.2及強度極限σ_b，具體包括以下步驟：

1)利用儀器化壓入儀和金剛石Berkovich壓頭對被測材料實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-位移曲線，同時利用該曲線確定金剛石Berkovich壓頭的最大壓入深度h_m、名義硬度H_n＝P_m/A(h_m)，其中，A(h_m)為對應最大壓入深度時的金剛石Berkovich壓頭橫截面積，當不考慮金剛石Berkovich壓頭尖端鈍化時而考慮金剛石Berkovich壓頭尖端鈍化時，則A(h_m)應由金剛石Berkovich壓頭的面積函數A(h)來確定，即A(hm)=A(h)|h=hm;]]>

2)通過分別積分載荷-位移曲線關系中的加載曲線和卸載曲線計算壓入加載功W_t、卸載功W_e，并在此基礎上計算壓入比功W_e/W_t；

3)借助顯微鏡分別量取Berkovich壓痕中心至三個壓痕邊界的距離：d₁、d₂和d₃，并確定中邊距d＝(d₁+d₂+d₃)/3及其與名義中邊距d_n＝d_mtan65.274°之比d/d_n；

4)根據4個不同硬化指數(n₁＝0，n₂＝0.15，n₃＝0.30，n₄＝0.45)下的儀器化壓入比功W_e/W_t與d/d_n的關系其中，i取值分別為1、2、3、4(相應于4個不同的硬化指數)，多項式系數a_ij(i＝1，...，4；j＝0，1，2)的取值為：

分別確定i取1、2、3、4時的相應(d/d_n)_i值，然后根據拉格朗日插值公式確定n′：

n′=Σi=14niΠk=1k≠i4{[(d/dn)-(d/dn)k]/[(d/dn)i-(d/dn)k]}]]>

進一步根據非負原則確定被測試材料的應變硬化指數n：

n＝max{n′，0}

5)根據4個不同硬化指數n_i(i＝1，2，3，4)下的儀器化壓入比功W_e/W_t與比值H_n/E_c的關系其中，E_c為被測試材料與金剛石Berkovich壓頭的聯合彈性模量，多項式系數b_ij(i＝1，...，4；j＝0，...，6)的取值為：

分別確定i取1、2、3、4時的相應(H_n/E_c)_i值，然后利用拉格朗日插值公式確定H_n/E_c：

Hn/Ec=Σi=14(Hn/Ec)iΠk=1k≠i4[(n-nk)/(ni-nk)]]]>

進一步根據儀器化壓入名義硬度H_n及比值H_n/E_c確定被測試材料與金剛石Berkovich壓頭的聯合彈性模量E_c：

E_c＝H_n/(H_n/E_c)

及被測試材料的彈性模量E：

E=(1-ν2)/[1/Ec-1.32(1-νi2)/Ei]]]>

其中，金剛石Berkovich壓頭的彈性模量E_i＝1141GPa，泊松比ν_i＝0.07，被測試材料的泊松比ν可根據材料手冊確定；

6)根據4個不同硬化指數n_i(i＝1，2，3，4)及3個不同被測試材料與金剛石壓頭平面應變彈性模量之比η_j(j＝1，2，3)(η₁＝0.0671，η₂＝0.1917，η₃＝0.3834)下的儀器化壓入比功W_e/W_t與屈服強度同名義硬度的比值關系其中，多項式系數c_ijk(i＝1，...，4；j＝1，2，3；k＝0，...，6)的取值為：

分別確定i取1、2、3、4，j取1、2、3時的相應(σ_y/H_n)_ij(i＝1，...，4；j＝1，2，3)值，然后根據及η_j(j＝1，2，3)值由拉格朗日插值公式確定σ_y/H_n：

σy/Hn=Σi=14{Σj=13(σy/Hn)ijΣm=1m≠j3[(η-ηm)/(ηj-ηm)]}Πk=1k≠i4[(n-nk)/(ni-nk)]]]>

進一步根據儀器化壓入名義硬度H_n及比值σ_y/H_n確定被測試材料的屈服強度σ_y：

σ_y＝H_n(σ_y/H_n)

及由關系式σ_0.2＝σ_y^1-n[σ_0.2+0.002E]ⁿ確定被測試材料的條件屈服強度σ_0.2；

7)計算ε_y＝σ_y/E，并由關系式確定ε_b，最后確定被測試材料的強度極限σ_b：

σb=σy/exp(2νϵy),ϵb≤ϵyσy(ϵb/ϵy)n/exp[ϵb+(2ν-1)ϵy1-nϵbn],ϵb>ϵy]]>

2.如權利要求1所述的一種基于Berkovich壓痕的材料彈塑性參數儀器化壓入測試方法，其中，步驟5)中，如果被測材料的泊松比不能由材料手冊確定，則取值為0.3。