什么是微纳压痕测试技术?
纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术是最简单的测试材料力学性质的方法之一在材料科学的各个领域都得到了广泛的应用
新兴纳米压痕方法是通过计算机控制载荷连续变化, 在线监测压深量, 由于施加的是超低载荷, 加上监测传感器具有优于1 nm 的位移分辨率, 所以, 可以获得小到纳米级的压深, 它特别适用于测量薄膜、镀层、微机电系统中的材料等微小体积材料力学性能可以在纳米尺度上测量材料的各种力学性质如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为
压痕法(IM)
:测试试样表面先抛光成镜面,在显微硬度仪上,以10Kg负载在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压痕,这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。根据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C计算出断裂韧性数值(KIC)。 计算公式为: 计算公式见图一
E为扬氏模量,例如对于Si3N4系统一般取300GPa。公式中载荷P单位为kg, 裂纹长度C单位为mm, 显微硬度HV单位为GPa。
压痕法实例图二
单边切口梁(SENB)法
在试样中间开一裂纹,通过三点或四点抗弯断裂测试,计算材料的断裂韧性
如果是比较大的凹坑,则是布氏硬度,布氏硬度计的压头是个圆球,直径10毫米,也就是一厘米,当然压出来的是圆形的较大的凹坑了。
如果是很小的凹坑,则有可能是洛氏硬度,洛氏硬度的压头是个120度的圆锥体,当然压出来的也是圆形的,但是比较小的凹坑了。
肯定不是维氏硬度,维氏硬度的压头是四棱锥,压出来的是四边形凹坑。
也不是里氏硬度和肖氏硬度,这个硬度测试由于采用回弹跳法,没有压痕。
1. 布氏硬度测试原理
布氏硬度试验是用一定直径的钢球或硬质合金球作压头,以相应的试验载荷压入试样的表面,经规定保持时间后,卸除试验载荷,测量试样表面的压痕直径。如图所示。
布氏硬度值是试验载荷F除以压痕球形表面积所得的商。
当F、D一定时,布氏硬度值仅与压痕直径d的大小有关。d越小,布氏硬度值越大,材料硬度越高;反之,则说明材料较软。在实际应用中,布氏硬度一般不用计算,只需根据测出的压痕平均直径d查表即可得到硬度值。
2. 布氏硬度的表示方法
布氏硬度用符号HB表示。使用淬火钢球压头时用HBS表示,适合于测定布氏硬度值在450以下的材料;使用硬质合金压头时,用HBW表示,适合于测定布氏硬度值在450以上的材料,最高可测650HBW。
其表示方法为:在符号HBS或HBW之前为硬度值(不标注单位),符号后面按以下顺序用数值表示试验条件。例如,120HBS10/1000/30表示用直径10mm的淬火钢球压头在9.8KN(1000Kgf)的试验载荷作用下,保持30s所测得的布氏硬度值为120;
500HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球压头在7.35KN(750Kgf)试验载荷作用下保持10~15s(不标注)测得的布氏硬度值为500。
在布氏硬度试验时,应根据被测金属材料的种类和试件厚度,按一定的试验规范正确地选择压头直径D,试验载荷F和保持时间t,见书P9表1-2。
3.布氏硬度的特点及应用
布氏硬度试验压痕面积较大,受测量不均匀度影响较小,故测量结果较准确,适合于测量组织粗大且不均匀的金属材料的硬度。如铸铁、铸钢、非铁金属及其合金,各种退火、正火或调质的钢材等。另外,由于布氏硬度与σb之间存在一定的经验关系,因此得到了广泛的应用。但布氏硬度试验测试费时,压痕较大,不宜用来测成品,特别是有较高精度要求配合面的零件及小件、薄件,也不能用来测太硬的材料。