壓痕硬度測(cè)試中的力學(xué)問題研究

1、中文摘要 壓痕深度測(cè)試法以它特有的優(yōu)勢(shì)在眾多的力學(xué)測(cè)試法中脫穎而出，并越來(lái)越為人們所關(guān)注。該方法的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在能夠精確地連續(xù)測(cè)量得到載荷位移數(shù)據(jù)，據(jù)此可建立與其他力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。目前，壓痕深度測(cè)試法在實(shí)際中已得到廣泛的應(yīng)用。 本文首次將數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于硬度測(cè)試中，通過(guò)散斑相關(guān)計(jì)算得到被測(cè)表面壓痕周圍的塑性變形場(chǎng)，同時(shí)結(jié)合不同顯微硬度設(shè)備上的硬度測(cè)試結(jié)果及有限元模擬，系統(tǒng)地討論壓痕尺寸效應(yīng)問題，認(rèn)為壓痕尺寸效應(yīng)的產(chǎn)生與測(cè)試方法有關(guān)，與壓痕的幾何相似性有關(guān)，與測(cè)試過(guò)程壓頭尖端不規(guī)則形狀有關(guān)，與壓頭頂部表面與被測(cè)材料之間的摩擦有關(guān)等。數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)計(jì)算及有限元的模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)了壓痕周圍的

2、形變特征，這為壓痕法的計(jì)算和理論研究提供了技術(shù)支持。 一比較不同實(shí)驗(yàn)法得到的彈性模量時(shí)發(fā)現(xiàn)，納米壓痕法測(cè)量的彈性模量高于常規(guī)的拉伸實(shí)驗(yàn)法的彈性模量，由此討論了納米壓痕法的精度問題，根據(jù)推導(dǎo)的壓痕接觸面積與深度之間的關(guān)系可半定量化地確定壓痕尖端曲率半徑，提出使用納米壓痕儀測(cè)試材料力學(xué)性能的局限性。 探討在洛氏硬度計(jì)上，采用球形壓頭測(cè)試高分子材料蠕變的方法可行性，壓頭在保持載荷階段的壓痕深度與時(shí)間之間的關(guān)系可作為研究材料蠕變的基礎(chǔ)，由此得到的蠕變曲線符合模型，使用該方法可以確定材料的蠕變指數(shù)。試驗(yàn)表明，微米壓痕硬度相對(duì)值的平方與壓痕對(duì)角線的倒數(shù)之間有近似的線性關(guān)系。關(guān)鍵詞：硬度測(cè)試，力學(xué)性能，納米

3、壓痕，薄膜材料，尺寸效應(yīng)，應(yīng)變梯度理論，數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù) ， ， ， · ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得苤鲞盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：妾差簽字日期： 釤神年 二 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解叁鲞盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位淪

4、文的規(guī)定。特授權(quán)丕盜盤鱟可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名： 量·要爭(zhēng) 聊虢蒼涉行簽字期：，叼年月日 簽字日期：肋多年月髟：天?虼笱墾宦畚?第一章緒論 第一章 緒論選題的背景、研究目的及意義 了解材料的性能是材料被應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。材料性能主要包括結(jié)構(gòu)性能、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等，其中，材料的力學(xué)性能測(cè)量是一項(xiàng)基本工作，它為一切設(shè)計(jì)與計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)。在過(guò)去的一百多年中，根據(jù)材料所應(yīng)用環(huán)境的

5、要求，人們提出了一些測(cè)試方法，并制定出相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以得到材料的力學(xué)性能參數(shù)，例如靜態(tài)拉伸（壓縮）實(shí)驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)、硬度實(shí)驗(yàn)等等。其中，靜態(tài)拉伸（壓縮）實(shí)驗(yàn)是測(cè)試材料力學(xué)性能最基本、最常用的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得到的材料應(yīng)力應(yīng)變曲線是材料受力變形的最基本的關(guān)系。 近十幾年來(lái)，隨著材料制造、微電子技術(shù)、微制造加工技術(shù)的發(fā)展，材料力學(xué)性能測(cè)量的情形發(fā)生了較大的變化。由于新型材料及新型微機(jī)械的尺寸或者某一方向的尺度越來(lái)越小，尤其是對(duì)于幾微米至幾納米量級(jí)的尺度，傳統(tǒng)的測(cè)試方法已經(jīng)不能適應(yīng)目前的發(fā)展需要。 首先，在材料制造方面，材料的類型經(jīng)歷了單質(zhì)材料、合金材料、復(fù)合材料，直至目前新興的納米材料，

6、材料的形式也由塊體、薄板、多層復(fù)合材料，發(fā)展到表面涂層材料，涂層厚度也越變?cè)奖?。人們通過(guò)對(duì)材料破壞機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，材料的破壞與材料表面相關(guān)，所以，改善與提高材料表面的性能是材料科學(xué)的研究重點(diǎn)與熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)表面處理后的材料，其性能有很大的改變，如抗磨性得到增加，材料的使用壽命也延長(zhǎng)等。目前比較成熟的技術(shù)有激光改進(jìn)、等離子體噴涂、離子注入、鍍膜等。最常見的表面處理后得到的材料組合形式有硬膜軟基材料與軟膜硬基材料，而薄膜與基體之間的一層過(guò)渡層，其性能介于薄膜與基體之間，薄膜材料的厚度往往從級(jí)到級(jí)，對(duì)于厚度在該尺度的、不可分離的薄膜，要想獲得表面膜、膜與基體界面結(jié)合的有關(guān)力學(xué)性能，采用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段如拉

7、伸測(cè)試、硬度測(cè)試等來(lái)獲得是很難的。 其次，在機(jī)械制造與微電子領(lǐng)域方面，器件的小型化與微型化將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。以形狀尺寸微小或操作尺度極小為特征的微機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)成為人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一項(xiàng)高新技術(shù)。微機(jī)電系統(tǒng)由于具有能夠在狹小空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)而又不擾亂工作環(huán)境和對(duì)象的特點(diǎn)，在航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，并成為納米技術(shù)研究的重要手段，并受到各國(guó)的高度重視。天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論 那么，如何能準(zhǔn)確測(cè)量與表征微尺度材料及器件力學(xué)性能的難題擺在了我們的面前，這是材料制造業(yè)與微加工業(yè)向力學(xué)學(xué)科提出的一個(gè)挑戰(zhàn)。 經(jīng)過(guò)有關(guān)研究人員的大量實(shí)踐證明：深度壓痕測(cè)試方

8、法是測(cè)試微小尺度材料或器件的力學(xué)性能最為有效的方法之一。由于深度測(cè)量所用的設(shè)備其載荷測(cè)試精度已達(dá)到幾十個(gè)納牛頓，位移測(cè)試精度也達(dá)到，所以可以精確地完成量程為數(shù)十個(gè)納米的壓痕實(shí)驗(yàn)，形成了納米壓痕測(cè)量技術(shù)。這種測(cè)試方法是在傳統(tǒng)壓痕硬度測(cè)試方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它的發(fā)展得宜于微位移測(cè)試技術(shù)的快速發(fā)展及掃描探針設(shè)備的研制成功。相對(duì)于其它測(cè)試方法，該方法表現(xiàn)出特有的便捷性，在測(cè)試微小尺寸性能方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，納米壓痕測(cè)試法的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在其能夠很精確地連續(xù)測(cè)量得到載荷位移數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的載荷一位移與其他力學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系式，可以方便得到有關(guān)的力學(xué)參數(shù)，并且，在測(cè)試時(shí)被測(cè)樣品的定位容易實(shí)現(xiàn)。所以，有關(guān)硬

9、度測(cè)試再次被引起的關(guān)注，并成為人們研究的重點(diǎn)。壓痕測(cè)試方法的發(fā)展、研究現(xiàn)狀及存在的問題 壓痕實(shí)驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單、高效的評(píng)價(jià)材料力學(xué)性能的手段，其應(yīng)用已有近百年的歷史【。根據(jù)各個(gè)時(shí)期工業(yè)技術(shù)的要求，發(fā)展了各種硬度測(cè)量方法，如布氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、維氏顯微硬度、努普顯微硬度、哥氏顯微硬度以及目前最先進(jìn)的納米壓痕硬度。傳統(tǒng)的硬度實(shí)驗(yàn)往往作為工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)備，是一種輔助性實(shí)驗(yàn)，測(cè)試精度不是很高，其提供的硬度測(cè)試數(shù)據(jù)也僅僅是反映材料抵抗破壞的能力，是材料性能的綜合體現(xiàn)，僅作為設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中的參考。 自從年和發(fā)布掃描隧道顯微鏡（）研制成功以來(lái)，顯微測(cè)試技術(shù)不斷發(fā)展，并趨于成熟，此后研制出的

10、原子力顯微鏡（）、摩擦力顯微鏡（）等極大地促使微、納尺度下的材料測(cè)試技術(shù)的完善【，為進(jìn)行微、納觀尺度下的力學(xué)性能測(cè)試提供了保障。九十年代利用極高的空間分辨率，將與壓痕硬度測(cè)試方法相結(jié)合，對(duì)壓痕形貌的觀測(cè)也由原來(lái)的毫、微觀進(jìn)入到微、納觀，再加上微位移、微載荷的測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，使得微、納尺度下的深度壓痕測(cè)試技術(shù)從各種檢測(cè)方法中脫穎而出，逐步成為微、納尺度下的材料與器件力學(xué)性能檢測(cè)的主要、甚至是唯一的測(cè)試手段。 目前，納米壓痕測(cè)試已經(jīng)成為人們關(guān)注及研究的重點(diǎn)，主要集中在以下二個(gè)方面： 第一，納米壓痕測(cè)試法的應(yīng)用范圍，即從理論上推導(dǎo)如何利用納米壓痕技術(shù)得出材料的力學(xué)性質(zhì)矧，然后利用數(shù)值計(jì)算特別是有限元

11、方法模擬壓痕過(guò)程，天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論驗(yàn)證理論推導(dǎo)中使用的假設(shè)與理想化【培。納米壓痕測(cè)試法是在傳統(tǒng)壓痕硬度測(cè)試法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，但該方法的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的壓痕硬度測(cè)試法，相對(duì)傳統(tǒng)壓痕硬度測(cè)試法而言，納米壓痕法不僅在測(cè)量尺度上有很大的突破，在測(cè)試范圍上也有很大的拓寬，該方法不僅能測(cè)試硬度，還可以從測(cè)試載荷位移數(shù)據(jù)中直接、或間接地得到材料的彈性參數(shù)、塑性參數(shù)、蠕變參數(shù)等】，隨著研究的深入，人們希望從納米壓痕測(cè)試中得到更多的信息，如建立材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與它們宏觀力學(xué)性能之間的聯(lián)系；通過(guò)對(duì)壓頭載荷隨壓入深度變化規(guī)律的研究，可以了解材料的微觀抵抗外力變形的能力：通過(guò)壓痕測(cè)試方法建

12、立材料的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系等。實(shí)際上，研究人員一直都在試圖將材料的宏觀力學(xué)性能與材料的內(nèi)在微觀特征參數(shù)結(jié)合起來(lái)，納米壓痕法也許為此提供了一個(gè)很好的研究手段。在壓痕硬度測(cè)試方面進(jìn)行的研究，絕大部分內(nèi)容集中在這方面，相關(guān)內(nèi)容也比較成熟，目前被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)中的微構(gòu)件、薄膜涂層、特殊功能材料和生物組織等力學(xué)性能的研究，如用于對(duì)新型薄膜材料，薄膜基體組合系統(tǒng)，以及納米顆粒改性的微觀性能等研究方面，即通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果的分析來(lái)確定材料的力學(xué)性能及其應(yīng)用范圍。 第二，有關(guān)納米壓痕測(cè)試精度的研究；（）通過(guò)數(shù)學(xué)模擬探討不同條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；（）研究?jī)x器本身對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；（）研究被測(cè)材料的表面形貌對(duì)測(cè)試結(jié)

13、果的影響。盡管微尺度壓痕技術(shù)在材料制造與微加工領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，但也存在一些問題有待解決，如儀器標(biāo)定方面、測(cè)量精度、該測(cè)試方法對(duì)非均勻材料的適用性等諸多方面還存在問題，需要進(jìn)一步研究【】。另外，針對(duì)壓痕測(cè)試尺度在微、納米級(jí)時(shí)的硬度值不同于常規(guī)實(shí)驗(yàn)的硬度值而展開的有關(guān)壓痕尺寸效應(yīng)進(jìn)行的討論。 對(duì)納米壓痕技術(shù)的研究是微尺度檢測(cè)技術(shù)中最具活力的領(lǐng)域之一，目前能夠生產(chǎn)商業(yè)化產(chǎn)品的主要有美國(guó)的公司、公司以及瑞士公司。與其他硬度儀相比，美國(guó)公司生產(chǎn)的納米硬度儀 提供了豐富的、比較精確的信息，利用它為探索材料比較完整的力學(xué)特性提供了可能。本文的研究工作 材料的硬度主要反映材料抵抗其它材料侵入的能力，它不是材料

14、某個(gè)力學(xué)參數(shù)的單獨(dú)表現(xiàn)，而是材料力學(xué)性能的整體體現(xiàn)。從力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，壓痕實(shí)驗(yàn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，位于壓頭下不同位置的材料經(jīng)歷了不同的過(guò)程、處于不同的狀態(tài)，壓頭下方材料的變形過(guò)程固然重要，壓痕周圍的變形狀況同樣不可忽略；在壓痕實(shí)驗(yàn)中常常不計(jì)摩擦的因素，但在小負(fù)荷的條件下是不可忽略，特別是在天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論小壓痕深度下所表現(xiàn)出的壓痕尺寸效應(yīng)問題。所以在壓痕過(guò)程的分析中過(guò)于簡(jiǎn)單的材料假設(shè)是不盡合理，需要深入的研究；另一方面，納米壓痕測(cè)試方法現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)其測(cè)試精度還有待進(jìn)一步的深入研究，如單點(diǎn)法和連續(xù)剛度測(cè)試法的測(cè)試結(jié)果有差異，對(duì)于納米級(jí)測(cè)試精度的即使微小的差異將可能導(dǎo)致

15、截然不同的兩種結(jié)論。 針對(duì)上面提到的一些問題，本文的主要工作： 比較全面、系統(tǒng)地對(duì)硬度測(cè)試方法的發(fā)展、分類、特點(diǎn)、應(yīng)用進(jìn)行了綜述，尤其是對(duì)壓痕硬度測(cè)試方法，詳細(xì)論述了其研究?jī)?nèi)容、研究現(xiàn)狀與應(yīng)用，并提出了壓痕硬度測(cè)試方法存在的主要問題。 通過(guò)對(duì)鋼、銅基鎳碳化硅薄膜材料進(jìn)行大量地顯微硬度測(cè)試、納米壓痕測(cè)試，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)計(jì)算被測(cè)材料面內(nèi)壓痕周圍塑性變形規(guī)律，討論壓痕尺寸效應(yīng)問題，根據(jù)一系列的試驗(yàn)結(jié)果分析，就壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因提出本文的看法。 將數(shù)碼攝像技術(shù)與傳統(tǒng)的洛氏硬度計(jì)相結(jié)合，試驗(yàn)得到不同測(cè)試條件下壓痕深度隨時(shí)問變化的規(guī)律，據(jù)此探討在傳統(tǒng)設(shè)備上測(cè)試高分子材料蠕變的可能性。 通過(guò)將

16、鋼和銅基鎳一碳化硅薄膜拉伸實(shí)驗(yàn)得到的彈性模量與納米壓痕測(cè)試得到的彈性模量進(jìn)行比較，討論納米壓痕測(cè)試中影響測(cè)量結(jié)果的因素。 應(yīng)用塑性應(yīng)變梯度理論，結(jié)合試驗(yàn)分析壓痕測(cè)試中壓痕對(duì)角線與硬度之間的關(guān)系；通過(guò)有限元模擬計(jì)算，分析鋼測(cè)試表面壓痕周圍面內(nèi)的塑性變形規(guī)律。 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第二章壓痕硬度測(cè)試分析 第二章壓痕硬度測(cè)試方法的分析比較 人們對(duì)于硬度的認(rèn)識(shí)與人類的歷史一樣久遠(yuǎn)¨。最初，人們通過(guò)直接接觸來(lái)感知物體的“軟”與“硬”，后來(lái)逐漸發(fā)展到對(duì)硬度進(jìn)行定量分析。對(duì)物體的硬度進(jìn)行定量分析以及通過(guò)測(cè)試硬度來(lái)表示材料的力學(xué)性能的時(shí)間較短，只有一百多年的歷史。第一位使用現(xiàn)代技術(shù)測(cè)量金屬硬度的是

17、。為了了解鋼的組成，他使用一對(duì)圓鋼板，在它們之間放上一個(gè)硬鋼球，然后用虎鉗夾住兩個(gè)鋼板，在鋼板上留下的凹痕即代表鋼的硬度。此后，硬度測(cè)試方法不斷發(fā)展，并發(fā)展了多種不同形式的實(shí)驗(yàn)方法，如宏觀硬度、顯微硬度、納米硬度等，在實(shí)際中，這些方法被廣泛應(yīng)用于對(duì)不同材料力學(xué)性能的測(cè)試。 盡管硬度測(cè)試方法很多，在實(shí)際中也得到了廣泛的應(yīng)用，但直到目前，硬度的定義國(guó)、內(nèi)外尚無(wú)一個(gè)包括所有實(shí)驗(yàn)方法在內(nèi)的統(tǒng)一而明確的定義，可以是“材料抵抗殘余變形和破壞的能力”，也可以是“材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力”引，總之，硬度被作為某一物體抵抗另一物體侵入能力的度量參量。硬度是壓痕影響區(qū)材料力學(xué)性能的綜合體現(xiàn)，與單一參

18、量例如彈性模量等不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。硬度不僅與被測(cè)材料的性質(zhì)有關(guān)，還與測(cè)量方法及測(cè)量條件有關(guān)，如采用不同的壓頭，對(duì)同樣的材料進(jìn)行測(cè)試，其硬度值可能相同，也可能不同（如樣品溫度不同，或表面粗糙度不同、壓入深度不同等等）。就被測(cè)材料而言，硬度是代表著采用一定形狀和材料的壓頭、在試驗(yàn)力的作用下所反映出來(lái)的材料的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性以及耐磨性能等一系列不同的物理性能、力學(xué)性能的綜合指標(biāo)【】。 由于硬度試驗(yàn)是力學(xué)性能試驗(yàn)中一種最經(jīng)濟(jì)、最迅速的方法，并且硬度試驗(yàn)的結(jié)果能敏感的反映出材料在化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝上的差異，所以，硬度試驗(yàn)已經(jīng)成為材料力學(xué)性能測(cè)試中最常用的一種方法。尤其是納米壓痕測(cè)試方

19、法，目前已經(jīng)成為測(cè)試某些材料（如納米薄膜、微機(jī)電器件等）性能的唯一手段，并且正在得到越來(lái)越多人們的關(guān)注。硬度測(cè)試方法的分類 為了比較各種固體材料的軟硬，自年首次應(yīng)用礦物對(duì)金屬進(jìn)行刻劃的初始硬度試驗(yàn)以來(lái)【，人們提出過(guò)幾百種測(cè)量材料硬度的方法，近幾十年來(lái)，硬度檢測(cè)技術(shù)發(fā)展較快，其檢測(cè)系統(tǒng)的種類也比較繁多。硬度檢測(cè)系統(tǒng)按天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第二章壓痕硬度測(cè)試分析硬度試驗(yàn)的原理可分為靜態(tài)壓痕、動(dòng)態(tài)壓痕、回跳、搖擺、劃痕等檢測(cè)系統(tǒng)：按發(fā)明者或首先生產(chǎn)者的名稱，可分為布氏、洛氏、里氏、維氏、肖氏、邵氏、巴柯爾等檢測(cè)系統(tǒng)；按試驗(yàn)力或壓痕的大小可分為宏觀、低負(fù)荷、顯微以及微納米檢測(cè)系統(tǒng)；按試驗(yàn)的溫度可分為常

20、溫、低溫和高溫檢測(cè)系統(tǒng)；按在計(jì)量器具檢定系統(tǒng)中所處的地位可分為基準(zhǔn)、校準(zhǔn)和工作檢測(cè)系統(tǒng)；按所測(cè)對(duì)象可分為金屬、非金屬、塑料、橡膠、土壤、混凝土、油漆、木材、搪瓷、藥丸、水果、餅干、肌肉等檢測(cè)系統(tǒng)；按檢測(cè)系統(tǒng)是否固定可分為固定、便攜和袖珍式檢測(cè)系統(tǒng)，按 自動(dòng)化程度可分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。下面我們從測(cè)試原理方面加以歸納進(jìn)行分類，包括壓痕試驗(yàn)法、動(dòng)力沖擊試驗(yàn)法、劃痕法及間接試驗(yàn)法。 靜態(tài)壓痕測(cè)試方法以測(cè)量范圍可分為宏觀硬度、顯微硬度與納米硬度，其劃分以施加的載荷大小為標(biāo)準(zhǔn)，但該劃分并不統(tǒng)一，如納米壓痕儀的載荷范圍較寬，上限與顯微硬度儀的下限有重疊。 壓痕試驗(yàn)法 這類試驗(yàn)法是通過(guò)一定形狀的

21、壓頭（球體、金剛石圓錐體或其它形體等）將力施加在被測(cè)材料上，使材料產(chǎn)生壓痕（即發(fā)生塑性變形），再根據(jù)總施加載荷與所產(chǎn)生壓痕面積之間的關(guān)系，或與深度之間的關(guān)系，給出其硬度值。 根據(jù)施加載荷的大小，壓痕試驗(yàn)法又分為宏觀硬度、顯微硬度和納米硬度三類。宏觀硬度和顯微硬度屬于靜力壓痕試驗(yàn)，納米硬度屬于壓入壓痕試驗(yàn)。 常用宏觀硬度有布氏硬度、宏洛氏硬度、洛氏硬度等。對(duì)于負(fù)載的下限確定，不同國(guó)家有所不同，如日本、美國(guó)和前蘇聯(lián)等定為以上，歐共體國(guó)家和國(guó)際機(jī)構(gòu)則定為以上【引。 常用顯微硬度包括表面洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度、玻氏硬度等，負(fù)載的范圍一般是上限為或，下限為 左右。以壓痕法為試驗(yàn)原理的第一臺(tái)顯微硬度計(jì)是年荷蘭人里普思創(chuàng)建蒯了，它是以維氏硬度試驗(yàn)的正四棱角錐體為壓頭，負(fù)荷力由”一（），隨之，年美國(guó)創(chuàng)建了利用長(zhǎng)棱形金剛石角?短澹昭雇罰雇返南暈捕燃頻玫攪搜桿俚姆埂?納米硬度，有文獻(xiàn)也稱為瑪氏硬度，或稱萬(wàn)能硬度、廣義硬度等，負(fù)載一般在 以下，美國(guó)公司生產(chǎn)的 納米壓痕儀可以超過(guò)。 幾種常用壓痕硬度試驗(yàn)法的比較見本章最后的表。 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第二章壓痕硬度測(cè)試分析動(dòng)力沖擊硬度試驗(yàn)法 將一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)重量與尺寸的物體從某一高度（具有一定的勢(shì)能）下落到被測(cè)物體的表面