本发明专利技术涉及一种硬度测试方法，其包括：通过将加载有预定载荷的压头压入试样的表面来形成凹痕、并检测形成凹痕时的压头的位移量和加载于压头上的测试力、来测量压入曲线的测量步骤；从测量步骤求得的压入曲线的面积、来计算塑性变形引起的做功量(Wp)的做功量计算步骤；和使用在做功量计算步骤计算出的做功量(Wp)和预先确定的系数K、根据公式HVe＝(K/Wp)2、来计算维氏硬度的估值(HVe)的估值计算步骤。本发明专利技术还涉及硬度测试机、和存储程序的计算机可读存储介质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硬度测试方法、硬度测试机和存储程序的计算机可读存储介质。
技术介绍
现有技术已知的有例如维氏硬度测试机等基于在试样的表面上压入加载有预定 载荷的压头来形成凹痕以评估和测量硬度的压入式硬度测试机(见例如日本专利申请特 开2005-3^169号公报)。此外，还已知被称作纳米压入(nanoindentation，计量化压入测试)的测试方法， 该方法连续测量测试力(加载于压头上的作用力)F和压入深度(压头的位移量)h，以通过 分析在压入过程中获得的压入曲线(F-h曲线)，来代替观察压入后形成的凹痕，获取材料 的机械性能(见例如日本专利申请特开2009-47427号公报)。纳米压入作为对于因例如凹痕尺寸小等主要因素而造成凹痕观察困难的材料的 评价方法是有效的。因此，纳米压入因适于评价作为各种机械和结构不可缺少的构成材料 的塑料和薄膜材料的机械性能而广受关注。对于纳米压入，国际标准IS0(国际标准化组织)14577规定了被称作压入硬度Hit 的硬度的参数，使用压入硬度Hit来评价薄膜材料等的事例近来也有所增加。压入硬度Hit 被认为是与维氏硬度具有相关性的值。这里，示出ISO 14577规定的压入硬度Hit的分析方法。图7是F-h曲线的示意图。纵轴表示测试力F，而横轴表示压入深度h。压入硬度Hit作为最大测试力(设定测试力)FmaX除以最大压入时压头的试样的 接触投影面积Ap (he)所得的值，由以下公式(1)定义出Hn = Fmax/Ap (he) (1)然后，例如，接触投影面积Ap (he)从贝氏(Berkovich)压头的几何形状表示为以 下公式⑵Ap (he) = 23. 96hc2 (2)此外，he被称作接触深度，并通过使用最大压入深度hmax、和载荷卸载曲线的初 始部分的切线与压入深度轴的交点hr，表示为以下公式(3)Hc = hmax-0. 75 (hmax-hr) (3)ISO 14577规定的压入硬度Hit的前述分析方法是由Oliver和Wiart提出的，通 过他们的研究确知压入硬度Hit与维氏硬度HV之间存在相关性。然而，他们在研究中使用的样品是例如金属等塑性行为的趋势强的样品、和例如 熔融硅石等表现出弹性变形和塑性变形混合变形的、即清楚表现出弹塑性行为的样品，而 他们并未调查例如橡胶材料和非晶态材料等表现弹性行为的趋势强的材料。在还将表现弹 性行为的趋势强的材料包括为对象的纳米压入中，难以将ISO 14577中规定的压入硬度Hit 看成等价于维氏硬度HV。例如，图8示出了铜、铍铜(Cu-Be)、工具钢(SK85)、熔融硅石(fusedsilica)、丙烯酸类树脂、聚丙烯(PP)和类金刚石碳(DLC，diamond-like carbon)膜的维氏硬度HV与压 入硬度HIT之间的关系。其纵轴表示压入硬度Ηπ，而横轴表示维氏硬度HV。图8中的直线通过以下公式(4)使用系数C来表示压入硬度Hit和维氏硬度HV。Hn = C1 · HV (4)具体地说，图8中的直线表示系数C1设定为1.25时的公式0)。另外，作为系数 C1不等于1 (HIT Φ HV)的原因，例如可考虑以下一些因素例如对于压入硬度Hit的计算使 用的是投影面积而不是表面面积这点；例如压头的尖端形状和表面检测误差等纳米压入特 有的误差的因素；等等。在任和情况下，可以说，除DLC膜以外的样品的维氏硬度HV和压入 硬度Hit的值是具有相关性的，虽然值不相等。另一方面，DLC膜的维氏硬度HV和压入硬度Hit的值大大偏离直线，这个事实表明 在ISO 14577规定中的将压入硬度Hit与维氏硬度HV作等价处理的方法对于DLC膜是有问 题的。也就是说，在使用橡胶材料或非晶态材料等作为试样的情况下，在纳米压入中求 取相当于维氏硬度HV的值的手法是不成立的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种硬度测试方法、硬度测试机和存储程序的计算机可 读存储介质，其能够在纳米压入中求得相当于维氏硬度的值的维氏硬度的估值。为了实现该目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种硬度测试方法，其包括以下 步骤通过将加载有预定载荷的压头压入试样的表面来形成凹痕，并检测形成凹痕时的 压头的位移量和加载于压头上的测试力，来测量压入曲线；从通过凹痕形成步骤求得的压入曲线的面积，来计算塑性变形引起的做功量 (Wp)；以及使用在做功量计算步骤计算出的做功量(Wp)和预先确定的系数K，根据公式HVe =(K/Wp)2，来计算维氏硬度的估值(HVe)。优选地，所述试样由从类金刚石碳、硅橡胶和天然橡胶组成的组中选出的材料制 成。根据本专利技术的第二方面，提供了一种硬度测试机，其用于通过将加载有预定载荷 的压头压入试样的表面来形成凹痕，并包括通过检测形成凹痕时压头的位移量和加载于压头上的测试力来测量压入曲线的 测量部；从测量部求得的压入曲线的面积来计算塑性变形引起的做功量(Wp)的做功量计 算部；和使用做功量计算部计算出的做功量(Wp)和预先确定的系数K、根据公式HVe = (K/Wp)2来计算维氏硬度的估值(HVe)的估值计算部。根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储使计算机作为 以下各部分而发挥功能的程序通过将加载有预定载荷的压头压入试样的表面来形成凹痕、并检测形成凹痕时的压头的位移量和加载于压头上的测试力、来测量压入曲线的测量部；从测量部求得的压入曲线的面积来计算塑性变形引起的做功量(Wp)的做功量计 算部；和使用做功量计算部计算出的做功量(Wp)和预先确定的系数K、根据公式HVe = (K/Wp)2来计算维氏硬度的估值(HVe)的估值计算部。根据本专利技术，在测量压入曲线后，从压入曲线的面积计算塑性变形引起的做功量 (Wp)，并使用计算出的做功量(Wp)和预先确定的系数K根据以下关系式计算维氏硬度的估 值(HVe) HVe = (K/Wp)2。由于塑性变形引起的做功量(Wp)是独立于试样的类型与维氏硬度具有相关性的 值，所以能够在包括例如橡胶材料和非晶态材料等表现出显著弹性行为的材料作为对象的 纳米压入中求得相当于维氏硬度(HV)的值的维氏硬度的估值(HVe)。附图说明图1是本专利技术一实施例的硬度测试机的示意图；图2是图1的硬度测试机的控制构造的框图；图3是用于说明计算塑性变形引起的做功量Wp的方法的图；图4A是通过测量铜求得的压入曲线的示例；图4B是通过测量铍铜求得的压入曲线的示例；图4C是通过测量工具钢求得的压入曲线的示例；图4D是通过测量熔融硅石求得的压入曲线的示例；图4E是通过测量丙烯酸类树脂求得的压入曲线的示例；图4F是通过测量聚丙烯求得的压入曲线的示例；图4G是通过测量DLC膜求得的压入曲线的示例；图5是示出塑性变形引起的做功量Wp与维氏硬度HV之间的关系的图；图6是用于说明图1所示硬度测试机的硬度测试方法的流程图；图7是压入曲线的示意图； 图8是示出压入硬度Hit与维氏硬度HV之间的关系的图。 具体实施例方式下面将参考附图详细描述本专利技术一实施例的硬度测试机和硬度测试方法。本实施例的硬度测试机100是能够连续监测给予压头3的测试力和压头3的压入 深度的计量化的压痕测试机。此外，本实施例的硬度测试机100可使用例如DLC、硅橡胶、天然本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种硬度测试方法，包括以下步骤：通过将加载有预定载荷的压头压入试样的表面来形成凹痕，并检测形成凹痕时的压头的位移量和加载于压头上的测试力，来测量压入曲线；从通过凹痕形成步骤求得的压入曲线的面积，来计算塑性变形引起的做功量（Ｗｐ）；以及使用在做功量计算步骤计算出的做功量（Ｗｐ）和预先确定的系数Ｋ，根据公式ＨＶｅ＝（Ｋ／Ｗｐ）２，来计算维氏硬度的估值（ＨＶｅ）。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：泽健司，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP
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