材料研究学报

作者：刘明, 伍家楠

单位：福州大学机械工程及自动化学院 福州 350116

关键词：材料检测与分析技术,微米划痕,RockwellC压头,递增载荷,弹塑性变形,断裂韧性

基金：国家自然科学基金(51705082);晋江市福大科教园区发展中心科研项目(2019-JJFDKY-11)

用Rockwell C金刚石压头对16种材料(2种玻璃、2种聚合物、4种陶瓷、4种金属和4种金属玻璃)进行微米划痕测试。结果表明，这些材料都存在与弹性恢复相关的最大划痕保持率(残余深度与压入深度之比)，可作为表观摩擦系数变化曲线的分段过渡点。划痕的表观摩擦系数由黏着摩擦系数和犁沟摩擦系数组成，使用三维力学接触模型可较为准确地表征除金属玻璃外的摩擦系数。材料的初始摩擦系数与泊松比有一定的关系。聚合物(PC和PMMA)因堆积和下沉效应出现独有的双划痕沟槽现象。16种材料的划痕硬度与压痕硬度的比值为0.33~2.5，划痕硬度与体积模量呈线性关系。使用线弹性断裂力学(LEFM)模型和微观能量尺寸效应(MESEL)模型计算了材料的断裂韧性。结果表明，LEFM模型、Akono's MESEL和Hubler's MESEL模型都能较为准确地表征断裂韧性较低材料(玻璃、陶瓷和高分子)的断裂韧性，而对断裂韧性较大的金属材料其表征结果偏差较大。用Liu's MESEL模型可表征断裂韧性较大材料(金属材料和部分金属玻璃)的断裂韧性。材料的断裂韧性，与泊松比呈分段线性相关。

来源：2022年第3期

《材料研究学报》期刊编辑部

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