本发明专利技术公开了一种用于测量材料力学性能的双锥度压头，该压头由下部和上部两部分组成，下部和上部具有不同的圆锥半角，其下部和上部圆锥半角范围为０＜θ↓［１］＜９０°、０＜θ↓［２］＜９０°，高度范围分别为０．１＜ｈ↓［１］＜２０００微米、０．１＜ｈ↓［２］＜２０００微米。压头的上部和下部形状是圆锥、棱锥或棱台。压头的材料是金刚石、碳化钨、硬质合金、工具钢或基体上沉积薄膜或喷涂涂层。本发明专利技术的双锥度压头具有两个不同的圆锥角度，当压头压入被测试样的过程中，两个不同的圆锥角度对应着两个不同的特征应变。这样通过一次压入过程，不仅可以得到材料的硬度，同时得到材料屈服强度和塑性应变指数，进而确定其它力学性能参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双锥度压头，特别涉及一种用于测量材料力学性能的双锥度压头。
技术介绍
压入实验在获得材料性能时是非破坏性的并且容易应用，因此常常用来进行材料力学性能的测量。例如材料的硬度就常常利用压入法来测量，常用的测量方法有布氏法、洛氏法、维氏法、努氏法、纳米压入法等方法。在具体的测试过程中，都必须使用一个球形压头或锥形的硬质压头，在给定的载荷下压入样品表面，通过测量压痕的宽度或深度得到压痕的面积，再经过计算得到硬度值。球形压头压入材料表面的深度较小，引起材料的应变较小，使材料基本处于弹性-塑性变形阶段，很难表征大应变条件下的应力-应变关系，也难于与通用的锥型压头测试结果进行对比。由于锥形压头能够表征大应变条件下的应力-应变关系，因此得到更多的应用。目前锥形压头往往只有单一的圆锥角度，即为单锥度压头。在使用过程中压头圆锥角度对压入过程有影响，圆锥角度越小，压入深度越大。单一锥度的压头具有唯一的特征应变，只能与应力-应变关系曲线上的一点相对应，不能同时得到屈服强度与塑性应变指数以及其它由拉伸实验确定的力学性能参数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于测量材料力学性能的双锥度压头，可以在不改变现有测量系统的基础上，仅仅更换压头，得到更多的力学性能参数。本专利技术的技术方案是这样实现的该压头由下部和上部两部分组成，下部和上部具有不同的圆锥半角，其下部和上部圆锥半角范围为0＜θ1＜90°、0＜θ2＜90°，高度范围分别为0.1＜h1＜2000微米、0.1＜h2＜2000微米。压头的上部和下部形状是圆锥、棱锥或棱台。压头的材料是金刚石、碳化钨、硬质合金、工具钢或基体上沉积薄膜或喷涂涂层。本专利技术的双锥度压头具有两个不同的圆锥角度，当压头压入被测试样的过程中，两个不同的圆锥角度对应着两个不同的特征应变。这样通过一次压入过程，不仅可以得到材料的硬度，同时得到材料屈服强度和塑性应变指数，进而确定其它力学性能参数。本专利技术的双锥度压头可用于任何压入测试系统中，如布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计、努氏硬度计、纳米压入测试系统等，在不改变现有测量系统的基础上，仅仅更换压头，得到其它力学性能参数，尤其适用于性能变化等不能直接使用拉伸实验的情况。采用本专利技术的双锥度压头可以通过一次压入过程，较快地给出材料微观领域的力学性能评价，适合在材料微观测试领域相关的企业和科研单位中推广和应用，对材料微观领域的材料和工艺选择有一定的指导意义。附图说明附图1是本专利技术中双锥度圆锥压头结构示意图；附图2是本专利技术中双锥度四棱锥压头结构示意图；下面结合附图对本专利技术的内容作进一步详细说明。具体实施例方式下面结合具体实施例对本
技术实现思路
进一步详细说明本专利技术的双锥度压头由下部1和上部2两部分组成，下部1和上部2具有不同的高度和圆锥角度。圆锥半角的范围为0＜θ1＜90°、0＜θ2＜90°。当压头压入被测试样的过程中，两个不同的圆锥角度对应着两个不同的特征应变，可以同时得到材料屈服强度和塑性应变指数，进而确定其它力学性能参数。上述的双锥度压头下部1和上部2结构形式可以相同，例如圆锥、棱锥、圆台等组成的双锥度圆锥压头、双锥度三棱锥压头、双锥度四棱锥压头、双锥度圆台压头等；双锥度压头下部和上部结构也可以不同，即由圆锥、棱锥、棱台以及球形等形状中的任何两种不同形状组合而成。压头的材料可以是金刚石、碳化钨、硬质合金、工具钢或基体上沉积薄膜或喷涂涂层和其它适合于制作压头的其它材料。压头的加工方法可以是机械加工、烧结、基体上气相沉积薄膜、基体上喷涂涂层等方法制作。本专利技术制作的压头可以与常规的压头测量硬度相对应，压头在给定的载荷下压入试样表面，当压入深度在h1以下时，通过通用方法得到硬度值。当压入深度在h1以上时，利用下列公式进行计算得到硬度值 其中K为与角度有关的常数，当θ1大于θ2时取负号，当θ1小于θ2时取正号。如图1所示，为本专利技术中的双锥度圆锥压头结构示意图，由下部1的圆锥和上部2的圆台两部分组成。其圆锥半角分别为θ1、θ2，其范围为0＜θ1＜90°、0＜θ2＜90°；高度分别为h1、h2，其范围为0.1＜h1＜2000微米、0.1＜h2＜2000微米。如图2所示，为本专利技术中的双锥度棱锥压头结构示意图，由下部1的棱锥和上部2的棱台两部分组成。其结构参数与图1中的压头相同。本专利技术所述的双锥度棱锥压头的圆锥半角必须不同，才能达到不同锥度的要求。本专利技术所述的双锥度压头下部1和上部2可以由不同的形状组成，例如下部1为圆锥、上部2为棱台，结构参数分别为θ1为30度、θ2为60度，高度h1为1微米、h2为1微米；或者下部1为棱锥、上部2为圆台，结构参数分别为θ1为70度、θ2为45度，高度h1为10微米、h2为10微米；或者下部1为圆台、上部2为棱台，结构参数分别为θ1为20度、θ2为70度，高度h1为100微米、h2为100微米；或者下部1为棱台、上部2为圆台，结构参数分别为θ1为20度、θ2为70度，高度h1为100微米、h2为100微米；或者下部1为棱锥，上部2为圆台，结构参数分别为θ185度；θ2为50度，高度h1为1900微米、h2为1900微米；采用如图1所示的金刚石双锥度圆锥压头，圆锥半角分别θ1为70.3度、θ2为42.3度，高度h1为1微米、h2等于2微米。对45碳钢进行测试，压入深度为2微米，根据公式(1)也可以确定维氏硬度为480MPa。对应于70.3度和42.3度的特征应变分别为0.033和0.126可以确定屈服强度为180MPa，塑性应变指数为0.2。权利要求1.一种用于测量材料力学性能的双锥度压头，该压头由下部(1)和上部(2)两部分构成一体，其特征在于，下部(1)和上部(2)具有不同的圆锥半角，其下部(1)和上部(2)圆锥半角范围分别为0＜θ1＜90°、0＜θ2＜90°；高度范围分别为0.1＜h1＜2000微米、0.1＜h2＜2000微米。2.根据权利要求1所述的双锥度压头，其特征在于，压头的上部(2)和下部(1)形状是圆锥、圆台、棱锥或棱台。3.根据权利要求1所述的双锥度压头，其特征在于，压头下部(1)和上部(2)的材料是金刚石、碳化钨、硬质合金或工具钢，基体上沉积薄膜或喷涂涂层。全文摘要本专利技术公开了一种用于测量材料力学性能的双锥度压头，该压头由下部和上部两部分组成，下部和上部具有不同的圆锥半角，其下部和上部圆锥半角范围为0＜θ文档编号G01N3/08GK101055237SQ20071001763公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月6日 优先权日2007年4月6日专利技术者侯根良, 徐可为 申请人:西安交通大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量材料力学性能的双锥度压头，该压头由下部（１）和上部（２）两部分构成一体，其特征在于，下部（１）和上部（２）具有不同的圆锥半角，其下部（１）和上部（２）圆锥半角范围分别为０＜θ↓［１］＜９０°、０＜θ↓［２］＜９０°；高度范围分别为０．１＜ｈ↓［１］＜２０００微米、０．１＜ｈ↓［２］＜２０００微米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：侯根良，徐可为，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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