仪器化压痕载荷位移测试仪

纳米压痕仪的作用

纳米压痕仪是一种高分辨率的纳米力学测试系统，能够在微尺度和纳米尺度上准确量化材料的机械和摩擦学特性。仪器化压痕载荷位移测试仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量，可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、应力-应变曲线、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。这种设备一般为进口，但由于目前国际环境的影响，诸多国内院校研究所均不考虑购买国外的设备。所以我司应某科技大学要求，共同开发了一款对金属材料的球压痕试验仪。

此款压痕载荷位移测试仪可测量各种材料的硬度，模量，蠕变，松弛和断裂韧性，从散装金属和陶瓷到水凝胶，薄膜，硬质涂层。其功能跟进口相比肯定有不完善之处。但可以针对某些特定的功能进行扩展开发来逐步完善。下面的功能是已经完成的压痕测试仪的部分功能。

载荷-位移曲线

可以实现载荷加载-部分卸载-加载-部分卸载……的循环，试验时的起始预加载载荷设定为53.378 N (即12.(Hbs ),压头压入试样测试表面前的行进速率设定为0.508 mm/s (即0.02 in/s)左右,靠近试样测试表面时降低到0.127 mm/s (即0.005 in/s)左右,而当位移传感器接触到试样基准面时,压头行进速率进一步降低到0.00533 mm/s (即0.00021 in/s)左右,然后压头保持该速率缓慢向下运动,待到压头开始平稳接触测试表面时则进入预加载阶段。当预加载载荷达到设定值时即停止加载,选择“继续试验"后正式幵始自动球压痕试验。设置自动球压痕试验的载荷、载荷加载与卸载的循环次数以及每次卸载载荷与当前载荷值后自动开始试验,加载与卸载速率由系统自动控制,在完成次加载后,试验机将把载荷卸除并将横梁及压头快速回升到远离试样测试表面的起始高度,单次自动球压痕试验正式结束

真应力-应变曲线

自动球压痕试验获得的载荷-位移曲线如图所示,图中仅列出了3个加、卸载循环周期。通过添加“部分卸载"环节,有助于确定每个加载循环点的总压痕深度以及残余压痕深度

屈服强度

屈服强度计算

其中dt为总压痕直径；ht为总压痕深度；D为压头直径。

试验过程中每一个加载、卸载循环周期都能测量到球压头的总压入深度ht,并可根据上式将其转化为总的压痕直径dt。根据载荷-位移曲线，每个ht都对应一个载荷P,以dt/D为横坐标，P/dt²（Mpa）为纵坐标绘制换算屈服强度曲线

抗拉强度

ε_p=ln（1+ε）

上式中，ε_p为真应变，ε为工程应变，根据真应力-应变曲线的数据，将其横坐标改为工程应变ε，绘制真应力-工程应变曲线

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