壓痕介紹+教材

////壓入測試基本理論[DevelopedbyFriedrichMohsin1822]////

傳統(tǒng)硬度測試方法摩氏（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)硬度測試方法布氏硬度測試施加載荷金相顯微鏡觀測并計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)硬度測試方法[DevelopedbyStanleyRockwellin1919]洛氏硬度測試

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

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

HVF－載荷（牛頓）d1，

d2

－壓痕對角線長度（毫米）F四棱錐金字塔形壓頭136°d2d1////傳統(tǒng)硬度測試方法小結(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

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

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

儀器化壓入測試什么是儀器化壓入測試?壓入測試過程中壓入深度h與載荷F可以實時測量可同時獲取材料的硬度與彈性模量信息////

儀器化壓入測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載物臺加載設(shè)施(電磁力或靜電力)FN////

儀器化壓入測試載荷與位移在加載－卸載過程中實時動態(tài)測量硬度與彈性模量可以直接從載荷－位移曲線自動計算載荷－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////

壓入硬度計算測量壓入硬度Hit最大載荷Fm

可由曲線最高點縱坐標(biāo)直接測量壓痕投影面積Ap

可由壓入深度計算AppliedLoadDepthFm載荷位移S=dP/dh////

壓入彈性模量計算彈性模量測量彈性模量EIT

由接觸剛度S計算(卸載曲線頂端的斜率)壓痕投影面積

Ap

由壓入深度計算簡約彈性模量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 實際壓頭

針尖校準(zhǔn)hAp////

壓痕投影面積因為材料存在下陷（sink-in）效應(yīng)，最大壓入深度hm不能用于計算投影面積hchm材料初始表面壓力作用下的材料表面真實接觸點殘留面積////

壓痕投影面積Ap

由hc計算得出 測量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接觸點////

小結(jié)

－

儀器化壓入測試hmFm測量Fm

和hmS接觸剛度hmFm接觸深度壓痕投影面積材料硬度簡約彈性模量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:針尖加工精度無法保證，應(yīng)用于相對較高載荷////

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由壓痕接觸面積計算壓入硬度HIT由壓痕投影面積計算////

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)驗公式：為了避免基體對薄膜硬度的影響，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////

小體積壓入測試儀器化壓入使測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－材料泊松比測定////

儀器化壓入的優(yōu)點低載荷測量硬度彈性模量壓入深度測量根據(jù)薄膜厚度精確控制壓入深度高精度定位測量小體積材料壓入測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XYZ自動樣品臺樣品臺金相顯微鏡壓痕模塊原子力顯微鏡////

壓入測試過程////

壓入測試軟件高質(zhì)量成像系統(tǒng)用戶界面友好////

壓入測試軟件實時記錄曲線

方便易用的針尖校準(zhǔn)程序

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壓入測試軟件特點：自動對測量結(jié)果進行統(tǒng)計處理用戶完全自定義的使用權(quán)限管理多語言支持２個用于記錄其他數(shù)據(jù)的用戶通道

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

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