金属材料塑性参数仪器化压入识别方法

马德军，陈 伟，宋仲康，郭俊宏

(装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072)

仪器化压入因所需试样尺寸小、测试接近无损、操作简单方便等特点，广泛应用于材料力学性能测试，尤其是在小尺度材料力学性能测试方面具有显著优势[1−8]。利用仪器化压入识别金属材料的塑性参数已成为仪器化压入测试领域的热点问题[9−18]。人们采用量纲分析和有限元数值仿真的方法针对这个问题进行了广泛、深入的研究。目前，代表性的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法是基于特征应力和特征应变建立的，且使用多个具有不同锥角的金刚石压头。

值得注意的是，仍有两个核心问题需要更为深入的讨论。一是金刚石压头的选用。人们在选择金刚石压头时考虑的主要因素为金刚石压头与金属材料之间的摩擦。研究表明：随着金刚石压头锥角的增加，摩擦对金属材料压入响应的影响降低[19−21]。BUCAILLE等[22]假设不同的摩擦因数，对具有不同锥角的圆锥压头仪器化压入铝合金(弹性模量为 70 GPa，屈服强度为500 MPa，应变硬化指数为0.122)的压入响应进行数值仿真，发现圆锥压头锥半角为60°和70.3°时相同最大压入深度所对应的最大压入载荷变化不超过3%。因此，BUCAILLE等[22]建议选用锥半角大于60°的圆锥压头用于金属材料塑性参数的压入识别。研究者们也是根据上述建议进行金刚石压头的选择，甚至直接选择锥半角为 60°的圆锥压头[12,14,23−26]。LE[27]发现摩擦因数为0和0.15时，锥半角为60°的圆锥压头仪器化压入上述铝合金的另一个压入响应参数−压入总功与弹性功的比值(压入总功与弹性功分别为金刚石压头在加载和卸载过程中所做的功)的差别达到7%，这说明锥半角为 60°的圆锥压头并不适用于金属材料塑性参数的压入识别。……