[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

本發明公開了一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，屬于測試硬度技術領域。該方法采用納米壓痕測試，得到材料的載荷?位移曲線、彈性模量和接觸剛度等數據，通過計算得到金屬材料在不同壓入深度的硬度。該方法僅通過一次納米壓痕測試，就可以得到連續的硬度?位移曲線，大大減少了實驗時間與成本，而且操作簡便，局限性小，不僅適用于納米壓痕實驗的加載階段，還適用于保載階段。從而為后續研究提供基礎，具有非常廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于測試硬度技術領域，具體涉及一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法。

背景技術

納米壓痕測試是一種先進的微納米力學測試技術，可分為準靜態法和連續剛度測量法。前者通過測量載荷與壓入試樣表面深度的關系，得到連續的載荷-位移曲線，從而獲得材料最大壓痕深度處一點的硬度和彈性模量。后者提供了另一種動態測量方法，可以通過一次加載卸載循環獲得硬度、彈性模量、接觸剛度等作為壓痕深度的連續函數曲線。納米壓痕測試具有載荷和位移分辨率高，所需樣品量小，可以無損檢測等優點，因而得到了越來越廣泛的應用。

硬度是材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力，是比較各種材料軟硬的指標。在納米壓痕實驗中，對于不同的加載應變速率，金屬材料會表現出不同的硬度。對于恒應變速率加載，材料的硬度在不同深度下是恒定的，但是對于恒載荷速率加載，由于不同深度下應變速率可能不同，導致材料的硬度在不同深度下也是不同的。這種現象在粗晶金屬中并不明顯，但是對于超細晶金屬和納米晶金屬，這種現象可以被很明顯地觀察到。根據金屬材料的硬度值，可以估算出該金屬的屈服應力。還可以根據不同深度的應變速率與硬度值，計算出材料的應變率敏感度，應力指數，激活體積等參數。

目前，測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法是控制納米壓痕儀壓頭的壓入深度，對所需的深度進行逐一測試。這種方法存在消耗時間長，實驗次數過多，實驗成本高等缺點，而且無法得到連續的硬度-位移曲線。雖然連續剛度技術可以在恒應變速率加載下得到連續的硬度-位移曲線，但是無法進行恒載荷速率加載，而且無法得到保載階段的硬度-位移曲線，具有局限性。因此，研究一種耗時短，實驗次數少，成本低，局限性小，可以得到連續的硬度-位移曲線的測試金屬材料不同深度的硬度的方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法。

本發明通過以下技術方案實現：

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，最后通過一系列的公式計算出金屬材料在不同深度的硬度。

上述測試金屬材料在不同壓入深度的硬度的方法，具體包括以下步驟：

A、試樣的處理：將金屬試樣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中處理后的試樣進行納米壓痕測試，重復10-20次，得到載荷-位移曲線，彈性模量E和最大深度h_L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

1/E_r＝(1-v²)/E+(1-v_i²)/E_i (1)