[發明專利]一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法

有效

• 申請號: 201711062172.1
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107831085B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 孫巍銘;江月;江忠浩;連建設;孫貴訓;張曉茹;劉紹成;張臘雙;李欣義
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G01N1/32
• 代理公司: 22201 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱世林

1.一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：先將試樣進行拋光處理，使其表面光亮，隨后進行納米壓痕實驗，得到載荷-位移曲線、彈性模量、接觸剛度等數據，最后通過一系列公式計算出金屬材料在不同深度的硬度，具體包括以下步驟：

A、試樣的處理：將金屬表面經砂紙打磨后用拋光機拋光至鏡面效果，隨后放入裝有無水乙醇的燒杯中，在超聲波清洗機內清洗5-10分鐘，再用去離子水沖洗10-30s，以清除其表面的殘留物；

B、納米壓痕測試：對步驟A中處理后的金屬進行10-20次納米壓痕測試，得到載荷-位移曲線，金屬的彈性模量E和該深度下的接觸剛度S_h；

C、硬度的計算：從步驟B中得到載荷-位移曲線中選取一條典型的曲線，進行數據處理，對于折合彈性模量Er，有如下關系式

其中v為試樣的泊松比，v_i＝0.07為Berkovich壓頭的泊松比，E_i＝1141GPa為Berkovich壓頭的彈性模量，根據公式計算出壓頭與試樣的接觸面積Ac，由此最終得到硬度值H如下

其中P為載荷；

步驟C，所述的壓頭與試樣的接觸面積Ac計算公式為

其中，S是試樣的接觸剛度，Er為折合彈性模量，β是一個與壓頭幾何形狀有關的常數，對于Berkovich壓頭，β＝1.034，S與壓痕深度h有如下關系式

S＝(S_h/h_L)h (4)

其中，S_h和h_L分別為最大深度處的接觸剛度和位移；

步驟C，所述的硬度值H根據公式(2)，(3)，(4)最終得到如下關系

其中，P為載荷。

2.根據權利要求1所述的一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：步驟A，所述的砂紙打磨過程是將金屬表面依次經過360號、600號、1000號、1500號的金相砂紙打磨至平整。

3.根據權利要求1所述的一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：步驟B，所述的納米壓痕測試的加載方式為恒應變速率加載或恒載荷速率加載。

4.根據權利要求1所述的一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：步驟B，所述的納米壓痕測試在最大載荷處保載0-1000s。

5.根據權利要求1所述的一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：步驟B，所述的彈性模量和最大深度下的接觸剛度為10-20次納米壓痕測試得到結果的平均值。

6.根據權利要求1所述的一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，其特征在于：步驟C，所述的折合彈性模量指整個力學系統的彈性模量，包括金剛石壓頭和試樣。