金屬材料彈性模量的儀器化壓入測試
2015-12-11 01:33:14馬德軍王家梁
機(jī)械工程材料
2015年8期
陳 偉，馬德軍，王家梁，黃 勇
（裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系，北京100072）
0 引 言
儀器化壓入技術(shù)是20世紀(jì)70年代，在傳統(tǒng)硬度試驗的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種材料力學(xué)性能測試新技術(shù)［1］。該技術(shù)通過高精度實時、同步測量特定幾何形狀壓頭壓入及撤離被測材料的載荷-深度關(guān)系，提供更加豐富的反映被測材料力學(xué)性能的寶貴信息。儀器化壓入測試時所需試樣尺寸較小，測試接近無損，可用于小尺度材料或材料微區(qū)的測試［2-6］。1992年，Oliver和Pharr共同提出了經(jīng)典的彈性模量儀器化壓入測試方法，即Oliver-Pharr方法［7］。Oliver-Pharr方法的理論基礎(chǔ)是彈性小變形理論，未考慮被測材料的塑性行為和幾何大變形。這使得該方法在測試低硬化水平材料的彈性模量時誤差較大。Ma等［8-9］考慮了壓入過程中的材料、幾何和邊界條件的非線性，提出了新的彈性模量儀器化壓入測試方法——純能量法。相較于Oliver-Pharr方法，純能量法具有較高的理論測試精度。為此，作者對五種常用金屬材料進(jìn)行儀器化壓入測試，采用純能量法和Oliver-Pharr方法計算得到各材料的彈性模量，并與標(biāo)準(zhǔn)單軸拉伸試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。
1 測試?yán)碚?/h2>
純能量法假設(shè)被測材料為均勻、各向同性的率無關(guān)材料，且遵循Von Mises屈服準(zhǔn)則及純各向同性強(qiáng)化準(zhǔn)則，單軸真實應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系服從線彈性和Hollomon冪硬化準(zhǔn)則，即
εy＝σy／E （2）
式中：σ和ε為真應(yīng)力和真應(yīng)變；E為彈性模量；σy，εy分別為屈服強(qiáng)度和屈服應(yīng)變；n為應(yīng)變硬化指數(shù)。
假設(shè)金剛石壓頭為純彈性體，其彈性模量為Ei，泊松比為νi，金剛石壓頭與被測材料之間無摩擦。……
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