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金屬材料顯微硬度壓痕尺寸效應(yīng)分析及其試驗研究
關(guān)鍵詞：壓痕尺寸效應(yīng) 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(xué)鍍鎳層3種金屬材料樣品進(jìn)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(guān)系曲線,分析各曲線的擬合公式,建立模型。應(yīng)用材料力學(xué)理論對模型進(jìn)行深入分析,確定各參量的物理含義。根據(jù)各物理參量的含義,對微納米尺度下出現(xiàn)硬度壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象的原因進(jìn)行解釋。結(jié)果表明,金屬材料的顯微維氏硬度表現(xiàn)出了顯著的硬度壓痕尺寸效應(yīng),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(yīng)現(xiàn)象。未修正模型中,a0參數(shù)的物理含義是為了能準(zhǔn)確反映設(shè)備試驗力誤差的物理量;a1參數(shù)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(guān)的物理量;a2參數(shù)的物理含義是試驗加載過程中壓頭壓入試樣表面產(chǎn)生塑性變形需要的壓應(yīng)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(yīng)的主要原因。推導(dǎo)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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