今日的文章首要议论了怎么哄骗有限元建模（FEM）办法领会硬度值，并引见了一种也许从压痕测试数据中取得应力-应变弧线的崭新产物……测试硬度的办法有百般百般，并曾经被哄骗了数十年，它们实行迅速、轻便。由于被测材料的体积很小，因而也许在材料表面上表征硬度值、探究个别转变，并取得薄表面层和涂层的数值。但是，硬度不是一个明了界说的属性。也许从具备不同屈就应力和加工强硬特征的材猜中也许取得相似的硬度值。硬度数的观念（经过压痕取得）硬度是材料抵御塑性变形的度量。经过硬度不单也许领会屈就应力，还也许领会以后的加工强硬特征，这是很蓄谋义的。硬度数供应了一个将两者联合起来的准则，只管不所以明了的方法。由于硬度代表的含意具备必要的繁杂性，因而它不是一个简朴的、界讲解确的参数，而且不同的硬度丈量计划测出的数值都不同，这并不希奇。但是，通盘这些计划的道理都是不异的，马上指定的载荷施加到硬度计压头上，压头会压入样本中，进而致使塑性变形并留住永远凹下。硬度值也许经过几种办法取得，但在大多半状况下，是经过丈量侧面凹痕的横向尺寸(直径)或穿透深度来完结的。硬度时常被界说为力（载荷）除以压头与试样之间的来往面积。该比率具备应力维度，只管时常将其简朴地引用为一个数字（单元为kgfmm-2）。不论怎么，该应力程度与材料的应力-应变弧线，乃至与样本中造成的应力场都没有简朴的关联。样本的不同地域将禁受不同的塑性应变程度，界限从零（在塑性地域的边沿）到百分之几十（凑近压头）不等。假使最大应变程度也不能很好地界说，由于它取决于压头的形态、施加的载荷和塑性特征。只管材料的应力-应变关联的确也许断定压痕尺寸（关于给定的压头形态和负载），但从后者料到出前者并非易事，而且在向例硬度测试中也从没有实验过如许做。布氏和维氏测试布氏测试于年被开垦，经过哄骗kg（?30kN）的载荷将直径为10mm的硬球压入样本。布氏硬度值由下式给出(1)个中，F是施加的载荷（以kgf为单元），D（毫米）是压头的直径，而d（毫米）是压痕的直径（在投影图中）。该公式所以载荷除以来往面积取得硬度值。这类公式基于简朴的好多办法，样本的弹性复原被粗心。其它，在推行中，凹痕界限大概会涌现“堆集”或“沉入”局面，进而使的确的来往面积与从愿望好多形态取得的现实来往面积不同（而且也难以准确丈量直径）。维氏硬度测试是由Smith和Sandland（VickersLtd.）于年开垦的，其首要标的是升高初期实验的负荷请求。将压头从相对较大的球体变动成较小的锐利形态，也许哄骗较低的载荷（也许用自重造成）。死板内部时常会供应多个砝码，按照型号的不同，其分量从1公斤下列到50公斤左右不等。（金刚石）压头是一个直角金字塔形，底部为正方形，相当面之间的夹角为°。（横蛮的）边沿会增进穿透，而且它们在凹痕中造成的线条有助于丈量其巨细。压痕直径d经过投影丈量（与布氏测试相同）。HV的值（载荷除以来往面积）由下式给出(2)因而，相似于布氏测试的简朴打算，也许经过丈量d的值来取得硬度值。与布氏测试相同，样本的弹性答复以及压痕界限的“堆集”或“沉入”局面也被粗心了。维氏测试哄骗宽泛。现实上，HV是最罕用的硬度值，部份起因是它也许转变载荷。它也许运用于百般金属、薄截面、表面层等。图1显示了一组模范硬度数值（参考材料1），囊括百般合金。这些数值是经过对特定样本的压痕尺寸实行审慎丈量而取得的。这些数据有助于讲解不同金属硬度的模范值，只管切当的数值应当更为仔细应付。图1一系列合金的维氏硬度数（参考文件1）。经过将硬度数乘以g（9.81），也许得出效用在来往面积上的应力（单元MPa）。该应力与应力-应变弧线没有简朴的对应关联。但是，假使粗心加工强硬，则硬度应与屈就应力成比例。关于维氏测试，该关联时常写为(3)这些抒发式通罕用于从硬度丈量中取得屈就应力。哄骗有限元法取得2种合金的硬度值经过哄骗有限元建模摹拟压痕经过，也许料到硬度数的值。经过对特定合金（具备界说的应力-应变弧线）实行特定范例的测试来取得硬度数。2种测试金属为Ti-6Al-4V（）和Hadfield锰（Mangalloy）钢。这2种合金塑性变形的真应力-应变弧线如图2所示。也许看出，两者显然不同，具备高屈就应力，但加工强硬有限；而Mangalloy最后较软，但呈现出更多的加工强硬特征。图2.Ti和Mangalloy合金的应力-应变弧线。图3显示了哄骗COMSOLMultiphysics对Ti合金实行布氏和维氏压痕摹拟的应力场料到效果。图4和图5以残存压痕剖面的模样展现了对这2种合金实行的布氏和维氏测试摹拟效果。为了将这些剖面图调动为硬度值，在光学显微镜中考察，务必决断压痕的直径是好多。这些考察存在主观性，大概起码取决于成像前提，但是这些图中显示了预期值以及揣测的过错界限。图3.哄骗维氏压头实行摹拟压痕实验，在峰值施加载荷为5kgf时料到的位移场(左)，哄骗布氏压头在峰值施加载荷为kgf时料到的vonMises应力场(右)。图4对和Mangalloy合金实行布氏压痕测试后的残存压痕剖面料到图5哄骗4种不同的载荷在维氏压痕测试以后料到的Ti（上）和Mangalloy（下）合金的残存压痕剖面（沿长径）。以这类方法取得的布氏硬度和维氏硬度值如图6所示，所示的界限对应于图4和5中所示的丈量直径的界限。有几点很懂得，只管这两种合金的应力-应变弧线特别不同（图2），但由此取得的硬度值是相似的——固然是在丈量办法预期的熟练过错界限内。还也许看出，这些过错界限相对较大，尤为是关于较小（较低负载）的维氏压痕而言。时常实行此类丈量的人都熟识这类转变。其它，实验将这些硬度值调动为明了界说的参数，比如屈就应力（哄骗像等式（3）如许的干系性），也大概会有很大过错。关于这两种合金，都将取得约MPa的值，这关于Ti合金来讲是也许的（由于它的强硬很少），但关于Mangalloy来讲却远远不敷。只管大多半获得和哄骗硬度值的人都领会应仔细应付硬度值，但现实状况并没有这么愿望：不论怎么将其视为定量的均大概会造成误导。图6从图3和图4所示的压痕直径数据得出的硬度值。压痕塑性测定法大概更有效的测试是将硬度测试的最好属性（速率、轻便性和多成效性）与向例拉伸测试的最好属性（即完全的应力-应变弧线的生成）相联合。一种如许的测试办法是压痕塑性测定法，它由Plastometrex的科研人员开垦，包罗三个特别简朴的环节：材猜中会造成球形凹痕（与布氏硬度测试中的状况特别相似）哄骗集成概况弧线仪丈量残留概况形态在定制软件包中剖析残留概况数据，该软件包哄骗COMSOLMultiphysics中的App开垦器开垦基本办法从观念上讲特别简朴，囊括反复实行压痕有限元摹拟（哄骗COMSOLMultiphysics），直到熟练数据集（残存概况形态）和模子料到含蓄（在本构塑性关联中对参数实行系统变动以后）。但是有几个繁杂的成分，囊括解“仅有性”和断定最好测试前提的题目。相同，任何如许的软件包（要在贸易上可行）都应当特别快捷地供应解，因而含蓄经过务必迅速而放荡。现实上，由Plastometrex执行的办法的确也许保证在供应残存概况数据后的几秒钟内取得完全的应力-应变弧线。一切测试程序，囊括缔造凹痕和丈量概况，只要要3分钟。SEMPID仿真App和COMSOLMultiphysics?中的App开垦器App开垦器的首要吸引力在于，它理睬用户缔造自力的运用程序，这些运用程序也许拜会COMSOLMultiphysics的全数成效，而且允许协定理睬此类东西的贸易化。COMSOL缔造了一个运用程序，它完结了压痕塑性测定的基本框架，被称为从压痕数据中讨取材料特征的软件（SoftwarefortheExtractionofMaterialsPropertiesfromIndentationData，SEMPID）。App开垦器关于SEMPID的开垦相当紧急，这首要归功于其宽泛的内地开垦东西以及与COMSOLMultiphysics的紧繁茂成。SEMPID运用程序也许欺诈COMSOLMultiphysics的很多重心成效，囊括组织力学和非线性组织材料模块，其优化东西模块以及高等求解器配置成效，缔造了一个定制的App，目前造成了一个崭新的公司基本，ElementMaterials技能是其首要投资者。SEMPID软件包的成效SEMPID运用程序打算了的确的和模样上的应力-应变弧线。但是，它尚有一个附加成效，哄骗户也许时刻摹拟拉伸测试，并也许拿获应力-应变弧线的颈缩部份。SEMPID运用程序也许直接对照经过压痕塑性测定法取得的应力-应变弧线和经过向例单轴拉伸实验（固然，这是此新办法有效性的最后磨炼）取得的应力-应变弧线。图7显示了SEMPID运用程序的几个屏幕截图以及压痕塑性仪的图象。图中展现的是一组打算出的应力-应变弧线，以及在SEMPID运用程序中运转的拉伸实验摹拟的效果。图7来自Plastometrex的压痕塑性仪和哄骗COMSOLApp开垦器开垦的SEMPID软件东西的屏幕截图。压痕塑性仪压痕塑性仪时与SEMPID软件包绑缚在一同采办的，压痕塑料仪是定制的死板，它哄骗遵命内部开垦的秘密测试例程的程序化测试协定完全主动化须要的测试程序。压痕塑料仪也许解决百般巨细和好多形态的试样，而且也许包容具备平行边的的确组件。它具备完全集成的电子器件，最大负载容量为7.5kN，集成了概况仪和定制编写的掌握软件。它体积灵便（40公斤）且紧凑，可安置在模范的台式机上。图8所示为在铬镍铁合金赶上行的测实考证示例，但该办法合用于通盘金属范例。图8左图是压痕塑性仪在铬镍铁合金样本中造成的压痕。右边图是SEMPID得出的应力-应变弧线与哄骗向例死板办法熟练测得的应力-应变弧线的对照。参考文件S.K.Kang,J.Y.Kim,C.P.Park,H.U.Kim,andD.Kwon,“ConventionalVickersandTrueInstrumentedIndentationHardnessDeterminedbyInstrumentedIndentationTests”,JournalofMaterialsResearch,25(2):pp.–,.预览时标签弗成点收录于合集#个

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