壓痕介紹+教材

////壓入測(cè)試基本理論[DevelopedbyFriedrichMohsin1822]////

傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法摩氏（Mohs）硬度 一種材質(zhì)可以刻劃另一種材質(zhì)或者被另一種材質(zhì)刻劃的能力礦物材質(zhì)硬度指數(shù)金剛石10剛玉9黃玉8石英7正長(zhǎng)石6磷灰石

5螢石4方解石3石膏2云母1[DevelopedbyJohannBrinellin1900]////

傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法布氏硬度測(cè)試施加載荷金相顯微鏡觀測(cè)并計(jì)算壓痕的殘留接觸面積布氏硬度HBS–壓痕接觸面積F?d?aF–載荷（牛頓）d–壓頭直徑（毫米）a–壓痕直徑（毫米）////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法[DevelopedbyStanleyRockwellin1919]洛氏硬度測(cè)試

施加初始試驗(yàn)力施加主試驗(yàn)力測(cè)量壓入深度////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法洛氏硬度HR(HRC,HRB,…)F0(100N)050100F0F+F00.2mm硬度標(biāo)尺(C,B,A…)120°卸載初始試驗(yàn)力主試驗(yàn)力HR=100-p壓入深度p圓錐或球形

壓頭HR////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法維氏硬度測(cè)量努氏硬度測(cè)量維氏/努氏硬度測(cè)試施加載荷金相顯微鏡測(cè)量壓痕面積////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法維氏硬度,

HVF－載荷（牛頓）d1，

d2

－壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度（毫米）F四棱錐金字塔形壓頭136°d2d1////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法小結(jié)：高載荷靜載力 通過已知幾何形狀的壓頭加載殘留壓痕面積

通過金相顯微鏡測(cè)量與計(jì)算////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法局限性金相觀測(cè)：

如果載荷過低，壓痕將難以在金相顯微鏡下觀測(cè)測(cè)試結(jié)果：只能獲得材料硬度，無(wú)法測(cè)量材料彈性模量應(yīng)用：僅限于大體積塊狀材料，或厚薄膜材料////傳統(tǒng)硬度測(cè)試方法////

儀器化壓入測(cè)試什么是儀器化壓入測(cè)試?壓入測(cè)試過程中壓入深度h與載荷F可以實(shí)時(shí)測(cè)量可同時(shí)獲取材料的硬度與彈性模量信息////

儀器化壓入測(cè)試壓入儀器原理試樣參比系統(tǒng)(為瑞士CSM所特有)位移傳感器(電容傳感器或LVDT傳感器)XY載物臺(tái)加載設(shè)施(電磁力或靜電力)FN////

儀器化壓入測(cè)試載荷與位移在加載－卸載過程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量硬度與彈性模量可以直接從載荷－位移曲線自動(dòng)計(jì)算載荷－位移曲線加載載荷位移卸載材料力學(xué)行為應(yīng)力－應(yīng)變曲線加載－卸載曲線殘留壓痕純塑性彈塑性純彈性FhFhFh////

材料的彈塑性變形彈性功////

材料的彈塑性變形塑性功載荷位移////

壓入硬度計(jì)算測(cè)量壓入硬度Hit最大載荷Fm

可由曲線最高點(diǎn)縱坐標(biāo)直接測(cè)量壓痕投影面積Ap

可由壓入深度計(jì)算AppliedLoadDepthFm載荷位移S=dP/dh////

壓入彈性模量計(jì)算彈性模量測(cè)量彈性模量EIT

由接觸剛度S計(jì)算(卸載曲線頂端的斜率)壓痕投影面積

Ap

由壓入深度計(jì)算簡(jiǎn)約彈性模量EIT////

壓痕投影面積Ap需要確定Ap!////

Ap

與壓頭針尖校準(zhǔn)理想的金字塔形或圓錐形壓頭：

(C0

為常數(shù)，維氏壓頭為24.5)

理想化的壓頭并不存在(針頭的曲率半徑等等)

理想化壓頭 實(shí)際壓頭

針尖校準(zhǔn)hAp////

壓痕投影面積因?yàn)椴牧洗嬖谙孪荩╯ink-in）效應(yīng)，最大壓入深度hm不能用于計(jì)算投影面積hchm材料初始表面壓力作用下的材料表面真實(shí)接觸點(diǎn)殘留面積////

壓痕投影面積Ap

由hc計(jì)算得出 測(cè)量hm

Oliver&Pharr理論hchm材料初始表面受壓力作用下的材料表面真實(shí)接觸點(diǎn)////

小結(jié)

－

儀器化壓入測(cè)試hmFm測(cè)量Fm

和hmS接觸剛度hmFm接觸深度壓痕投影面積材料硬度簡(jiǎn)約彈性模量EIT材料彈性模量////

壓頭種類Berkovich(142.3°)CubeCorner(90°)Conical(R<3μm)Conical(R>3μm)Vickers(136°)////

Vickers壓頭與Berkovich壓頭用Vickers壓頭或Berkovich壓頭測(cè)得的硬度與彈性模量相同在相同壓痕深度下,使用Vickers壓頭與Berkovich壓頭，壓痕投影面積相同相同的深度Ap(vickers)=Ap(berkovich)Berkovich:針頭尖部精度高，應(yīng)用于低載荷Vickers:針尖加工精度無(wú)法保證，應(yīng)用于相對(duì)較高載荷////

維氏硬度HV與壓入硬度HITVickers有兩層含義：一種壓頭幾何形狀一種硬度單位維氏硬度Hv由壓痕接觸面積計(jì)算壓入硬度HIT由壓痕投影面積計(jì)算////

維氏硬度HV與壓入硬度HITHV與HIT

的關(guān)系：Vickers壓頭：Berkovich壓頭：HV與HIT

都可從Vickers或Berkovich

壓頭測(cè)得硬度薄膜基體IndentationDepth/FilmThickness12硬度薄膜基體IndentationDepth/FilmThickness1////

薄膜硬度軟薄膜硬基體硬薄膜軟基體薄膜基體薄膜基體////

薄膜硬度經(jīng)驗(yàn)公式：為了避免基體對(duì)薄膜硬度的影響，最大壓入深度應(yīng)小于10%薄膜厚度薄膜厚度,hfilm最大壓入深度,hm基體薄膜彈性變形////

小體積壓入測(cè)試儀器化壓入使測(cè)量小體積材料硬度成為可能4um0.7umseEStress

=F/AStrain

=(l1–l0)/l0L0NoForceL1UnderForceA////

壓痕應(yīng)用－應(yīng)力應(yīng)變曲線10-60mN60-110mN210-260mNCopperTiNSi100Cr6steelGlassCopperStrainiscalculatedbydividingtheradiusoftheresidualimpressionbythatoftheindentertip.////

壓痕應(yīng)用－應(yīng)力應(yīng)變曲線c鋼基體上的氮化鈦膜硅片剛玉

(Al203)////

壓痕應(yīng)用－材料斷裂韌性////

壓痕應(yīng)用－材料蠕變性能////

壓痕應(yīng)用－材料泊松比測(cè)定////

儀器化壓入的優(yōu)點(diǎn)低載荷測(cè)量硬度彈性模量壓入深度測(cè)量根據(jù)薄膜厚度精確控制壓入深度高精度定位測(cè)量小體積材料壓入測(cè)試過程劃痕模塊壓入模塊原子力顯微鏡模塊金相顯微鏡模塊////

演示儀器:CSMOpenPlatform減震臺(tái)XYZ自動(dòng)樣品臺(tái)樣品臺(tái)金相顯微鏡壓痕模塊原子力顯微鏡////

壓入測(cè)試過程////

壓入測(cè)試軟件高質(zhì)量成像系統(tǒng)用戶界面友好////

壓入測(cè)試軟件實(shí)時(shí)記錄曲線

方便易用的針尖校準(zhǔn)程序

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壓入測(cè)試軟件特點(diǎn)：自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理用戶完全自定義的使用權(quán)限管理多語(yǔ)言支持２個(gè)用于記錄其他數(shù)據(jù)的用戶通道

(例如溫度和濕度)自動(dòng)報(bào)告生成器數(shù)據(jù)可以ASCII格式導(dǎo)出////

壓入測(cè)試軟件陣列種類單點(diǎn)線矩陣測(cè)試種類標(biāo)準(zhǔn)化加載多循環(huán)加載循環(huán)漸進(jìn)加載正弦加載用戶自定義Loa