壓痕法測試金屬材料力學(xué)性能理論-免費閱讀
【正文】 用類似的方法，斷裂應(yīng)變可以在延展性考慮。如果材料的彈性約束占主導(dǎo)地位，塑性區(qū)的尺寸會比較小，反之亦然。 假設(shè) 裂紋擴展時彈性能的釋放量等于裂紋尖端處的塑性功 . [Peel and Frosyth, 1973] 每 單 位面 積 所做的塑性功 Tp UrW ??? 2r : 塑性 區(qū) 域的半 徑 UT : 每 單 位體 積 所做的塑性功 ? ? JEKG ??? 22 1 ?每 單 位面 積彈 性能的 釋 放量 〓 )1(2)1()1( 222 ??? ???????????? EUrEWEJK TcpCJC Peel and Frosyth研究稱，裂紋在擴展的過程中，彈性能量的釋放量與裂紋尖端處的塑性功是相等。 在塑性區(qū)的邊界處，利用應(yīng)力場方程可以計算 Pi，由于 Pm與 Pi沒有直接的聯(lián)系，因此很難通過 Pi計算出 Pm 。在表面形成塑性區(qū)域之前，運用赫茲彈性接觸理論來分析應(yīng)力；隨著應(yīng)力的不斷增加，塑性區(qū)域不斷增大，直到發(fā)生完全塑形變形，運用孔洞模型理論來分析應(yīng)力。這時的壓痕能量等效斷裂所需的能量。 在裂紋擴展的開始，裂紋首先發(fā)生鈍化現(xiàn)象，裂紋尖端處逐漸形成一個塑性區(qū)域。我們通過以下理論，確定斷裂試驗和壓痕測試試驗之間的關(guān)系 。但是，奧氏體材料存在簡單的線性關(guān)系，如下式所示 。 大多數(shù)研究已經(jīng)表明，塑性區(qū)域的擠出和凹陷現(xiàn)象與加工硬化指數(shù) n和最大壓痕深度 hmax與壓頭半徑 R比值存在一定的關(guān)系，因此材料表面的塑性行為可以表示為公式，可以通過有限元分析方法得出 hpile： ???????Rhnfhhcp i l e m a x,這里 hpile是塑性擠出高度， hc是接觸深度， R是球的半徑。試驗結(jié)果是一組關(guān)于試驗力及相應(yīng)的壓痕深度的函數(shù)。 強度 拉伸性能的測試步驟 載荷 深度曲線 接觸深度 真實應(yīng)力、真實應(yīng)變 本構(gòu)方程 應(yīng)力 應(yīng)變曲線 拉伸性能 開始 結(jié)束 在儀器壓痕技術(shù)中，為了確定材料的機械性能，首先要確定材料與壓頭的接觸面積。 壓頭與材料的接觸面積如下式所示： hhhh p i l edc ??? m a x? ?22 ccc hrhA ?? ?確定真應(yīng)力和真應(yīng)變 CT AL??1?載荷 深度曲線 接觸深度 真實應(yīng)力、真實應(yīng)變 本構(gòu)方程 應(yīng)力 應(yīng)變曲線 拉伸性能 開始 結(jié)束 在壓痕試驗中，運用球形壓頭來測試?yán)煨阅埽梢酝ㄟ^不斷變化的應(yīng)力場來確定應(yīng)力和應(yīng)變。 ????EAK n???這里 K是常量， n為加工硬化指數(shù)。 約束條件 裂紋尖端處 塑性區(qū)域受到彈性區(qū)域的限制 壓頭下 相似的約束條件 裂紋尖端處存在應(yīng)力約束效應(yīng)，同樣，在壓頭下壓的過程中，在壓頭下也存在一定的應(yīng)力約束效應(yīng)。同時，隨著載荷的不斷增加，壓頭下的材料也在發(fā)生塑形變形。 脆性材料 韌性材料 斷 裂表面 變 形量 很少 變 形或者基本不 變 形 大的塑形變形 標(biāo) 準(zhǔn) 應(yīng)力控制 在裂紋尖端的臨界斷裂應(yīng)力 (?f) 應(yīng)變控制 在裂紋尖端的臨界斷裂應(yīng)變 (?f) 斷裂時所 需的能量 當(dāng)應(yīng)力達到臨界斷裂應(yīng)力 當(dāng)應(yīng)變達到臨界斷裂應(yīng)力 斷裂形式 脆性斷裂模型 韌性斷裂模型 脆性斷裂模型 臨界條件 28 L (kgf)hm a x ( ? m )臨界壓痕深度 (h*) cmm pp ?εrr 臨界應(yīng)力 (pressure) at h* 臨界條件 脆性斷裂是在外界應(yīng)力大于材料的臨界應(yīng)力時瞬間發(fā)生斷裂，在壓痕試驗中，運用平均壓力來表示該過程，在加載的過程中，只要壓痕深度達到臨界值時，材料的平均壓力也達到最大值。 Hertz 彈性接觸理論 接觸區(qū)域的外應(yīng)力 (r ≥ a) m22r pr2a)21( ????? ????0z ??? 當(dāng) (r = a)接觸區(qū)域的徑向應(yīng)力滿足屈服準(zhǔn)則 ? ?mr p???221 ??? 由 Von Mises’ 屈服準(zhǔn)則，可得下式 ysym Cp ???? 132
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