[發明專利]一種壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法及系統

有效

• 申請號: 202011624980.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834373B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 馬增勝;孫坤
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N3/44
• 分類號: G01N3/44;G01N3/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開了一種壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法及系統。該方法包括：將圓錐壓頭安裝于壓痕測試裝置中，并在材料上進行壓痕測試；測量壓痕的殘余深度；對壓痕進行圖像采集，得到壓痕圖像；基于所述壓痕圖像，確定壓痕的形狀；當所述壓痕的形狀為圓形時，確定所述圓錐壓頭的傾斜角度為0；當所述壓痕的形狀為橢圓形時，測量所述壓痕的長軸，基于所述壓痕的長軸、殘余深度以及圓錐壓頭的圓錐角，計算所述圓錐壓頭的傾斜角度。本發明提供的壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法及系統解決了現有技術中測試方法單一、測試儀器操作不便且測量結果不精確的問題，對后續材料力學性能計算公式的修正具有重大意義。

技術領域

本發明涉及壓入儀器精度修正領域，特別是涉及一種壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法及系統。

背景技術

儀器化壓入測試技術主要是通過連續記錄載荷和壓入深度從而獲得載荷-位移關系曲線，最終通過分析曲線獲得被測材料的硬度和彈性模量等參數。目前納米壓痕測試已經可以獲得硬度、彈性模量、應力-應變曲線、斷裂韌性、蠕變特性、疲勞特性、粘附性等參數。但是傾斜對載荷位移曲線和相應的通過納米壓痕測量的力學性能結果有很大的影響。壓痕測試儀器是具有多種功能的復雜儀器，因此也就存在多種潛在因素引起壓頭與試件表面之間的傾斜，進而導致測試誤差。例如：壓頭安裝單元不垂直、軸定位平臺安裝不垂直、機架安裝不垂直、定位平臺安裝不垂直、試件制備或安裝不平整等，這些因素最終都會導致壓頭與試件表面之間的傾斜。此外，儀器的機架柔度、壓頭的幾何誤差及與軸的安裝誤差等等也是導致壓頭與試件表面傾斜的潛在因素。傾斜會導致接觸面積和接觸剛度增加，最終導致材料的彈性模量和硬度被高估。目前市場上的壓入儀器一般很少去校準傾斜角度，究其原因是缺乏很好的傾斜角度測試方案，且已有的測試方法應用局限性很高。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用范圍廣、精度高的壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法及系統。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定方法，包括：

將圓錐壓頭安裝于壓痕測試裝置中，并在材料上進行壓痕測試；

測量壓痕的殘余深度；

對壓痕進行圖像采集，得到壓痕圖像；

基于所述壓痕圖像，確定壓痕的形狀；

當所述壓痕的形狀為圓形時，確定所述圓錐壓頭的傾斜角度為0°；

當所述壓痕的形狀為橢圓形時，測量所述壓痕的長軸，基于所述壓痕的長軸、殘余深度以及圓錐壓頭的圓錐角，計算所述圓錐壓頭的傾斜角度。

可選的，所述基于所述壓痕的長軸、殘余深度以及圓錐壓頭的圓錐角，計算所述圓錐壓頭的傾斜角度，具體包括：

根據計算殘余深度h_p處所對應的圓錐壓頭的直徑b，其中，為圓錐壓頭的圓錐角；

根據計算所述圓錐壓頭的傾斜角度θ，其中，a為壓痕的長軸。

可選的，采用光學顯微鏡或者金相顯微鏡采集所述壓痕的圖像。

可選的，采用壓痕測試裝置自帶的光學成像系統采集所述壓痕的圖像。

可選的，所述圓錐壓頭為洛氏圓錐壓頭。

本發明還提供了一種壓痕測試裝置壓頭傾斜角度的確定系統，包括：

壓痕測試模塊，用于將圓錐壓頭安裝于壓痕測試裝置中，并在材料上進行壓痕測試；

殘余深度測量模塊，用于測量壓痕的殘余深度；

壓痕圖像采集模塊，用于對壓痕進行圖像采集，得到壓痕圖像；

壓痕形狀確定模塊，用于基于所述壓痕圖像，確定壓痕的形狀；