一种利用压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法技术

本发明专利技术公开了属于材料力学性能研究领域的一种引入额外残余面积通过压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法。该方法所需的实验设备主要有：压痕仪配合原子力显微镜或三维光学成像系统等设备。该方法主要是通过压痕仪对被测试材料进行压痕实验，得到压痕载荷位移曲线，从中提取出相关参数带入到所建立的模型，计算得到材料的弹塑性力学性能。该方法主要有以下两个优势：1)可以成功分离那些具有相似压痕曲线的不同材料，得到的解是唯一的；2)反推得到的解精度很高。因此，利用本发明专利技术的理论模型能够反推得到唯一的、高精度的被压材料的弹塑性力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料力学性能研究领域，具体涉及一种引入压痕过程中出现的额外残余面积，通过压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法。
技术介绍
最近十多年，纳米压痕技术的飞速发展为开展金属材料力学性能的研究提供了有力的工具，加上非线性有限元程序的大力开发，科学家们越来越多地应用有限元数值模拟并结合压痕实验来获得材料的各种力学参数。2001年，Dao等用量纲分析、有限元结合纳米压痕实验，建立了压痕载荷位移曲线与材料的弹塑性力学性能之间的联系。结合单轴拉伸实验的有效验证，徐可为教授课题组用一条压痕载荷位移曲线得到了 Al薄膜的屈服强度和硬化指数，并用四点弯曲方法通过X射线衍射技术得到了 Cu薄膜的屈服强度。这种方法在求解金属材料弹塑性力学性能的问题时取得了一定的成功，但也存在很多问题。例如，通过压痕法表征金属材料弹塑性力学性能时，得到的解是否唯一性，一直在学术界争论不休。对于当今的压痕技术，弹塑性的解唯一存在的前提是对这种材料的压痕响应必须是唯一的，即决定压痕载荷位移曲线的形状因子与材料的弹塑性力学性能之间必须是一一对应的关系。针对唯一性的问题，一直以来国际上存在着两种相悖的观点，即唯一和不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)利用量纲分析法的П定理，建立载荷位移曲线各参数与金属材料弹塑性力学性能各参数之间的无量纲函数关系，通过量纲分析，从载荷位移曲线得到两个独立的无量纲函数П1和П2；(2)定义第三个无量纲函数П3＝ΔA/A；其中，A为在最大压痕深度位置时，相对材料初始表面压入材料的压头的剖面面积的一半；被压金属材料在压痕卸载后会出现堆积效应或沉降效应，由这些效应引起的凸出或凹下部分的剖面面积为额外残余面积ΔA，当被压材料卸载后，压痕残余轮廓为堆积效应时，ΔA为正值；压痕残余轮廓为沉降效应时，ΔA为负值；(3)选取多种金属材料的弹...

【技术特征摘要】
1.一种利用压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: (1)利用量纲分析法的n定理，建立载荷位移曲线各参数与金属材料弹塑性力学性能各参数之间的无量纲函数关系，通过量纲分析，从载荷位移曲线得到两个独立的无量纲函数H1和n2 ； (2)定义第三个无量纲函数n3= a a/a ； 其中，A为在最大压痕深度位置时，相对材料初始表面压入材料的压头的剖面面积的一半；被压金属材料在压痕卸载后会出现堆积效应或沉降效应，由这些效应引起的凸出或凹下部分的剖面面积为额外残余面积AA，当被压材料卸载后，压痕残余轮廓为堆积效应时，AA为正值；压痕残余轮廓为沉降效应时，AA为负值； (3)选取多种金属材料的弹塑性力学性能，通过有限元数值模拟计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：马增胜，周益春，黄勇力，潘勇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：