压痕介绍+教材

////压入测试基本理论[DevelopedbyFriedrichMohsin1822]////

传统硬度测试方法摩氏（Mohs）硬度 一种材质可以刻划另一种材质或者被另一种材质刻划的能力矿物材质硬度指数金刚石10刚玉9黄玉8石英7正长石6磷灰石

5萤石4方解石3石膏2云母1[DevelopedbyJohannBrinellin1900]////

传统硬度测试方法布氏硬度测试施加载荷金相显微镜观测并计算压痕的残留接触面积布氏硬度HBS–压痕接触面积FØdØaF–载荷（牛顿）d–压头直径（毫米）a–压痕直径（毫米）////传统硬度测试方法[DevelopedbyStanleyRockwellin1919]洛氏硬度测试

施加初始试验力施加主试验力测量压入深度////传统硬度测试方法洛氏硬度HR(HRC,HRB,…)F0(100N)050100F0F+F00.2mm硬度标尺(C,B,A…)120°卸载初始试验力主试验力HR=100-p压入深度p圆锥或球形

压头HR////传统硬度测试方法维氏硬度测量努氏硬度测量维氏/努氏硬度测试施加载荷金相显微镜测量压痕面积////传统硬度测试方法维氏硬度,

HVF－载荷（牛顿）d1，

d2

－压痕对角线长度（毫米）F四棱锥金字塔形压头136°d2d1////传统硬度测试方法小结：高载荷静载力 通过已知几何形状的压头加载残留压痕面积

通过金相显微镜测量与计算////传统硬度测试方法局限性金相观测：

如果载荷过低，压痕将难以在金相显微镜下观测测试结果：只能获得材料硬度，无法测量材料弹性模量应用：仅限于大体积块状材料，或厚薄膜材料////传统硬度测试方法////

仪器化压入测试什么是仪器化压入测试?压入测试过程中压入深度h与载荷F可以实时测量可同时获取材料的硬度与弹性模量信息////

仪器化压入测试压入仪器原理试样参比系统(为瑞士CSM所特有)位移传感器(电容传感器或LVDT传感器)XY载物台加载设施(电磁力或静电力)FN////

仪器化压入测试载荷与位移在加载－卸载过程中实时动态测量硬度与弹性模量可以直接从载荷－位移曲线自动计算载荷－位移曲线加载载荷位移卸载材料力学行为应力－应变曲线加载－卸载曲线残留压痕纯塑性弹塑性纯弹性FhFhFh////

材料的弹塑性变形弹性功////

材料的弹塑性变形塑性功载荷位移////

压入硬度计算测量压入硬度Hit最大载荷Fm

可由曲线最高点纵坐标直接测量压痕投影面积Ap

可由压入深度计算AppliedLoadDepthFm载荷位移S=dP/dh////

压入弹性模量计算弹性模量测量弹性模量EIT

由接触刚度S计算(卸载曲线顶端的斜率)压痕投影面积

Ap

由压入深度计算简约弹性模量EIT////

压痕投影面积Ap需要确定Ap!////

Ap

与压头针尖校准理想的金字塔形或圆锥形压头：

(C0

为常数，维氏压头为24.5)

理想化的压头并不存在(针头的曲率半径等等)

理想化压头 实际压头

针尖校准hAp////

压痕投影面积因为材料存在下陷（sink-in）效应，最大压入深度hm不能用于计算投影面积hchm材料初始表面压力作用下的材料表面真实接触点残留面积////

压痕投影面积Ap

由hc计算得出 测量hm

Oliver&Pharr理论hchm材料初始表面受压力作用下的材料表面真实接触点////

小结

－

仪器化压入测试hmFm测量Fm

和hmS接触刚度hmFm接触深度压痕投影面积材料硬度简约弹性模量EIT材料弹性模量////

压头种类Berkovich(142.3°)CubeCorner(90°)Conical(R<3µm)Conical(R>3µm)Vickers(136°)////

Vickers压头与Berkovich压头用Vickers压头或Berkovich压头测得的硬度与弹性模量相同在相同压痕深度下,使用Vickers压头与Berkovich压头，压痕投影面积相同相同的深度Ap(vickers)=Ap(berkovich)Berkovich:针头尖部精度高，应用于低载荷Vickers:针尖加工精度无法保证，应用于相对较高载荷////

维氏硬度HV与压入硬度HITVickers有两层含义：一种压头几何形状一种硬度单位维氏硬度Hv由压痕接触面积计算压入硬度HIT由压痕投影面积计算////

维氏硬度HV与压入硬度HITHV与HIT

的关系：Vickers压头：Berkovich压头：HV与HIT

都可从Vickers或Berkovich

压头测得硬度薄膜基体IndentationDepth/FilmThickness12硬度薄膜基体IndentationDepth/FilmThickness1////

薄膜硬度软薄膜硬基体硬薄膜软基体薄膜基体薄膜基体////

薄膜硬度经验公式：为了避免基体对薄膜硬度的影响，最大压入深度应小于10%薄膜厚度薄膜厚度,hfilm最大压入深度,hm基体薄膜弹性变形////

小体积压入测试仪器化压入使测量小体积材料硬度成为可能4um0.7umseEStress

=F/AStrain

=(l1–l0)/l0L0NoForceL1UnderForceA////

压痕应用－应力应变曲线10-60mN60-110mN210-260mNCopperTiNSi100Cr6steelGlassCopperStrainiscalculatedbydividingtheradiusoftheresidualimpressionbythatoftheindentertip.////

压痕应用－应力应变曲线c钢基体上的氮化钛膜硅片刚玉

(Al203)////

压痕应用－材料断裂韧性////

压痕应用－材料蠕变性能////

压痕应用－材料泊松比测定////

仪器化压入的优点低载荷测量硬度弹性模量压入深度测量根据薄膜厚度精确控制压入深度高精度定位测量小体积材料压入测试过程划痕模块压入模块原子力显微镜模块金相显微镜模块////

演示仪器:CSMOpenPlatform减震台XYZ自动样品台样品台金相显微镜压痕模块原子力显微镜////

压入测试过程////

压入测试软件高质量成像系统用户界面友好////

压入测试软件实时记录曲线

方便易用的针尖校准程序

////

压入测试软件特点：自动对测量结果进行统计处理用户完全自定义的使用权限管理多语言支持２个用于记录其他数据的用户通道

(例如温度和湿度)自动报告生成器数据可以ASCII格式导出////

压入测试软件阵列种类单点线矩阵测试种类标准化加载多循环加载循环渐进加载正弦加载用户自定义Loa