金屬材料顯微硬度壓痕尺寸效應分析及其試驗研究
關鍵詞：壓痕尺寸效應 微納米尺度 顯微硬度 宏觀硬度 接觸剛度
摘要：利用顯微硬度計和掃描電鏡分別對電工純鐵DT4A、鎳鈹高彈合金97NiBe、化學鍍鎳層3種金屬材料樣品進行顯微維氏硬度測試實驗。繪制試驗載荷與壓痕對角線尺寸關系曲線,分析各曲線的擬合公式,建立模型。應用材料力學理論對模型進行深入分析,確定各參量的物理含義。根據各物理參量的含義,對微納米尺度下出現硬度壓痕尺寸效應現象的原因進行解釋。結果表明,金屬材料的顯微維氏硬度表現出了顯著的硬度壓痕尺寸效應,用修正后的模型P0=a1d^2和HVmicro=0.1891×(a1/d+a2)可以描述和解釋硬度壓痕尺寸效應現象。未修正模型中,a0參數的物理含義是為了能準確反映設備試驗力誤差的物理量;a1參數的物理含義是與樣品的彈性模量、接觸剛度、顯微硬度和宏觀硬度有關的物理量;a2參數的物理含義是試驗加載過程中壓頭壓入試樣表面產生塑性變形需要的壓應力,其值近似等于5.288倍的宏觀維氏硬度。金屬材料顯微維氏硬度壓痕表面的接觸剛度變化是其在微納米尺度下存在壓痕尺寸效應的主要原因。推導出的顯微維氏硬度壓痕表面的接觸剛度計算模型為S=7Ed-7a1。
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