[发明专利]基于Berkovich压痕的材料弹塑性参数仪器化压入测试方法

权利要求书

1.一种基于Berkovich压痕的材料弹塑性参数仪器化压入测试方法，该方法利用Berkovich压头仪器化压入金属材料所得载荷-位移曲线及Berkovich压痕确定金属材料的应变硬化指数n、弹性模量E、条件屈服强度σ_0.2及强度极限σ_b，具体包括以下步骤：

1)利用仪器化压入仪和金刚石Berkovich压头对被测材料实施某一最大压入载荷为P_m的仪器化压入测试，获得压入载荷-位移曲线，同时利用该曲线确定金刚石Berkovich压头的最大压入深度h_m、名义硬度H_n＝P_m/A(h_m)，其中，A(h_m)为对应最大压入深度时的金刚石Berkovich压头横截面积，当不考虑金刚石Berkovich压头尖端钝化时而考虑金刚石Berkovich压头尖端钝化时，则A(h_m)应由金刚石Berkovich压头的面积函数A(h)来确定，即A(hm)=A(h)|h=hm;]]>

2)通过分别积分载荷-位移曲线关系中的加载曲线和卸载曲线计算压入加载功W_t、卸载功W_e，并在此基础上计算压入比功W_e/W_t；

3)借助显微镜分别量取Berkovich压痕中心至三个压痕边界的距离：d₁、d₂和d₃，并确定中边距d＝(d₁+d₂+d₃)/3及其与名义中边距d_n＝d_mtan65.274°之比d/d_n；

4)根据4个不同硬化指数(n₁＝0，n₂＝0.15，n₃＝0.30，n₄＝0.45)下的仪器化压入比功W_e/W_t与d/d_n的关系其中，i取值分别为1、2、3、4(相应于4个不同的硬化指数)，多项式系数a_ij(i＝1，...，4；j＝0，1，2)的取值为：

分别确定i取1、2、3、4时的相应(d/d_n)_i值，然后根据拉格朗日插值公式确定n′：

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

进一步根据非负原则确定被测试材料的应变硬化指数n：

n＝max{n′，0}

5)根据4个不同硬化指数n_i(i＝1，2，3，4)下的仪器化压入比功W_e/W_t与比值H_n/E_c的关系其中，E_c为被测试材料与金刚石Berkovich压头的联合弹性模量，多项式系数b_ij(i＝1，...，4；j＝0，...，6)的取值为：

分别确定i取1、2、3、4时的相应(H_n/E_c)_i值，然后利用拉格朗日插值公式确定H_n/E_c：

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

进一步根据仪器化压入名义硬度H_n及比值H_n/E_c确定被测试材料与金刚石Berkovich压头的联合弹性模量E_c：

E_c＝H_n/(H_n/E_c)

及被测试材料的弹性模量E：

E=(1-ν2)/[1/Ec-1.32(1-νi2)/Ei]]]>

其中，金刚石Berkovich压头的弹性模量E_i＝1141GPa，泊松比ν_i＝0.07，被测试材料的泊松比ν可根据材料手册确定；

6)根据4个不同硬化指数n_i(i＝1，2，3，4)及3个不同被测试材料与金刚石压头平面应变弹性模量之比η_j(j＝1，2，3)(η₁＝0.0671，η₂＝0.1917，η₃＝0.3834)下的仪器化压入比功W_e/W_t与屈服强度同名义硬度的比值关系其中，多项式系数c_ijk(i＝1，...，4；j＝1，2，3；k＝0，...，6)的取值为：

分别确定i取1、2、3、4，j取1、2、3时的相应(σ_y/H_n)_ij(i＝1，...，4；j＝1，2，3)值，然后根据及η_j(j＝1，2，3)值由拉格朗日插值公式确定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)]]]>

进一步根据仪器化压入名义硬度H_n及比值σ_y/H_n确定被测试材料的屈服强度σ_y：

σ_y＝H_n(σ_y/H_n)

及由关系式σ_0.2＝σ_y^1-n[σ_0.2+0.002E]ⁿ确定被测试材料的条件屈服强度σ_0.2；

7)计算ε_y＝σ_y/E，并由关系式确定ε_b，最后确定被测试材料的强度极限σ_b：

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

2.如权利要求1所述的一种基于Berkovich压痕的材料弹塑性参数仪器化压入测试方法，其中，步骤5)中，如果被测材料的泊松比不能由材料手册确定，则取值为0.3。