专利名称：一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法
技术领域：
本发明涉及金属材料性能检测，尤其是在役构件材料单轴本构关系的探测领域。
背景技术：
单轴应力应变曲线(即本构关系)作为最基本的材料力学性能，对于工程构件的 设计和服役起着重要的作用。获取材料单轴本构关系的通常做法是取用原材料加工或从工 程构件上截取标准拉伸试样后在实验室进行拉伸试验。然而，对于经受损伤、老化等问题的 服役工程构件，不允许从中截取标准试样，从而使得传统拉伸试验方法无法用于在役构件 的单轴本构关系测量。另一方面，对于焊接结构，焊缝、热影响区、母材区的材料单轴本构关 系通常有较大差异，传统拉伸试验方法也不便于实现焊接材料本构关系的分散性研究和焊 接构件受力与变形的精细分析。针对上述情况，目前尚无可用于材料单轴本构关系预测的 无损或微损的便携检测技术。压入硬度试验是一种用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部 塑性变形的大小比较被测材料软硬的方法。硬度值由最大试验力同对应的压痕面积之比 值来表征。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度主要包括布氏硬度、洛氏硬 度、维氏硬度等几种类型。传统的压入硬度试验简单易行，包括布氏硬度计、洛氏硬度计、 维氏硬度计、显微硬度计、多用途硬度计以及手持式便携硬度计等仪器化产品不断涌现，但 是该类产品仅能用于材料硬度的测量。事实上，压入试验过程蕴含了被测材料弹、塑性变 形行为的丰富信息，通过对该传统试验方法进行技术创新，或可实现材料单轴本构关系的 微损、便携测量。Oliver 和 Pharr, Oliver ff C, Pharr G M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indention experiments [J]. Journal of Materials Research, 1992, 7 :1564-1583.基于 弹性接触理论通过连续记录在压入硬度试验加卸载过程中的压头载荷P-压入深度h曲线， 提出了经典的材料弹性模量压入测量方法。
图1为压入硬度试验得到的典型压入载荷P-深 度h曲线。该技术方案通过式(1)求解材料的弹性模量E。
权利要求
1.一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法，在具有压头加载单元、变形检出单元和数据处理单元构成的压入硬度检测系统中，压头加载单元采用不同外形压头压入被测材料，变形检出单元检测出被测材料相应的变形并输入到数据处理单元以获得预测材料的本构参数Ε、σ n，并由下式计算获得单轴本构关系
2.根据权利要求I所述之一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法，其特征在于，采用球形压头时两个不同直径的球形压头的直径分别为2. 5mm和5mm。
3.根据权利要求I所述之一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法，其特征在于， 采用圆锥压头时两个不同锥角的圆锥压头的锥半角分别为60°和70. 3°。
全文摘要
本发明公开了一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法，在具有压头加载单元、变形检出单元和数据处理单元构成的压入硬度检测系统中，压头加载单元采用不同外形压头压入被测材料，变形检出单元检测出被测材料相应的变形并输入到数据处理单元以获得预测材料的本构参数E、σy、n，通过简单的压入硬度预测材料单轴本构关系，以实现材料和在役结构件的单轴本构关系的便携测量。
文档编号G01N3/42GK102589995SQ201210041108
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者包陈, 姚博, 蔡力勋 申请人:西南交通大学