基于儀器化Vickers壓入名義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壓入名義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名義硬度，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壓入名義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(shí)，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(shí)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 功與名義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名義硬度，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壓入名義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 名義硬度，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-位移曲線，同時(shí)利用該曲線確定金剛石Vickers壓 頭的最大壓入深度h m與名義硬度Hn = Pm/A (hm)，其中，A 〇〇為對應(yīng)最大壓入深度時(shí)的壓頭 橫截面積，當(dāng)不考慮壓頭尖端鈍化W
【權(quán)利要求】
1. 一種基于儀器化Vickers壓入名義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 名義硬度，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-位移曲線，同時(shí)利用該曲線確定金剛石Vickers壓頭的 最大壓入深度hm與名義硬度H n = Pm/A (hm)，其中，A 〇〇為對應(yīng)最大壓入深度時(shí)的壓頭橫截 面積，當(dāng)不考慮壓頭尖端鈍化時(shí)= 24.5<，而考慮壓頭尖端鈍化時(shí)，則A (hm)應(yīng)由壓頭 的面積函數(shù)A (h)來確定，即-
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W e/Wt ; 3) 根據(jù)維氏硬度hv與儀器化壓入比功wywt及名義硬度Hn的關(guān)系最終確定被測材料 的維氏硬度Hv: Hv = Hnf (ffe/fft) =Hn[0. 7881+1. 5300 (ffe/fft)-2. 7221 (ffe/fft)2+4. 2909 (ffe/fft) 3-2. 4400 (ffe/fft)4]
【文檔編號】G01N3/42GK104122153SQ201410348995
【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, 叢華, 孫亮, 張傳清, 江鵬程, 陳偉, 王家梁, 宋仲康, 黃勇 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
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