儀器化壓入通過在材料同一個位置連續(xù)加載 / 卸載測量出的載荷和深度，繪制成載荷-深度曲線。真應(yīng)力值和真應(yīng)變值通過數(shù)學(xué)理論公式由載荷和深度計算而來。壓頭在下壓的過程中材料會在壓痕區(qū)域產(chǎn)生彈塑性變形。屈服強(qiáng)度可以從應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性線與塑性曲線的交點(diǎn)計算得出，抗拉強(qiáng)度利用張力不穩(wěn)定的理論計算得出。

斷裂韌性基于臨界壓痕能量模型則是基于臨界壓痕能量模型，即當(dāng)壓痕深度到達(dá)臨界壓痕深度時曲線與XY軸所截的面積通過模擬計算后得出斷裂韌性。

儀器化壓入測拉伸性能原理圖

2、儀器化壓入法的優(yōu)勢

■儀器化壓入儀能做什么？

可針對實(shí)驗(yàn)室毫微試樣，服役材料或構(gòu)件進(jìn)行屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、彈性模量、硬度、斷裂韌性等性能的評估與檢測。

■有何特點(diǎn)？

微損（壓入深度最大 150um）在役檢測材料屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度、殘余應(yīng)力、斷裂韌性；可以檢測不同區(qū)域的力學(xué)性能，例如焊接區(qū)域的母材、熱影響區(qū)、焊縫等

■精度怎么樣？

定量力學(xué)分析，測試數(shù)據(jù)非常精確，和破壞性檢測結(jié)果接近，偏差小于5%。

■有無標(biāo)準(zhǔn)？

GB/T39635-2020《金屬材料儀器化壓入法測定壓痕拉伸性能和殘余應(yīng)力》

ISO14577:1-2015 《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》

ISO14577:2-2015 《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)和校準(zhǔn) 》

ISOTR29381-2008《金屬材料儀器化壓入試驗(yàn)測量機(jī)械性能-拉伸性能》

以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了運(yùn)用儀器壓痕技術(shù)檢測抗拉強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、屈服強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。

■儀器到現(xiàn)場方便攜帶嗎？

儀器主機(jī)重量5公斤，備蓄電池，方便野外作業(yè)。

■試驗(yàn) 速度咋樣？

測試速度快。一個測試點(diǎn)從裝夾夾具開始至測試數(shù)據(jù)，得到分析報告以及拆卸夾具為止需要30分鐘時間。

■試驗(yàn) 成本如何？

不破壞、不取樣、微損，從采集數(shù)據(jù)-分析數(shù)據(jù)-出報告都是自動完成，試驗(yàn)本低。

■受環(huán)境限制嗎？

不受環(huán)境，人為因素影響，野外續(xù)航能力可到 6小時。

綜上，由于非破壞性的特點(diǎn)，便攜式壓入技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)新型的無損檢測技術(shù)。臺式結(jié)構(gòu)的設(shè)備可以在實(shí)驗(yàn)室中使用，便攜式的可以通過磁鐵固定在非平面部件上，比如在管道的力學(xué)性能檢測上的檢測。以其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、分辨率適中、便攜性、可靠性，據(jù)預(yù)測未來可成為管道、焊縫及其他特殊部件力學(xué)性能測試的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

3. 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)

3.1輸出材料的多種力學(xué)性能。彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、加工硬化指數(shù)、布氏硬度等

3.2 可自定義試驗(yàn)參數(shù)，并且可以和測試程序、測試結(jié)果等一同保存，隨時調(diào)用。如壓頭接近試樣的速度、零點(diǎn)基準(zhǔn)值、加載速度，卸載速度，保持時間、卸載率、返回起始位置的速度等。

3.3模塊化設(shè)計。設(shè)備采用模塊化設(shè)計，壓頭可方便更換，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用，便攜式主機(jī)通過磁體或鏈條固定在非平面部件上，在現(xiàn)場完成檢測，見圖 6.1和6.2；如將便攜式主機(jī)安裝到臺架上，則可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，方便操作并提高精度，見圖 3.1?？梢苑奖?、快捷地更換各類型壓頭，變換測試方法。

4. 采集 軟件

采集軟件系統(tǒng)基于北京時代之峰科技有限公司自主研發(fā)的TIMEC410控制器開發(fā)平臺，試驗(yàn)過程按照流程化 Workflow 模板設(shè)計，操作簡單易用，一鍵自動完成。系統(tǒng) 提供原始數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)出功能，提供時間、載荷、深度原始數(shù)據(jù)。可自定義試驗(yàn)方法參數(shù)，如壓頭接近試樣的速度、零點(diǎn)基準(zhǔn)值、加載速度，卸載速度，保持時間、卸載率、返回起始位置的速度等。

4.1軟件主界面

軟件主界面集試驗(yàn)操作的常用功能于一體，如：集“試驗(yàn)方案建立、曲線繪制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)操作”等功能于一體。

采集軟件主界面示意圖

4.2 增量循環(huán)試驗(yàn)程序

按流程化試驗(yàn)?zāi)０?，用戶選擇新建試樣信息模塊，第一步輸入壓入試驗(yàn)IIT-新建試驗(yàn)信息;第二步設(shè)置各循環(huán)周期的統(tǒng)一目標(biāo)值：如最大力、最大深度、循環(huán)次數(shù)、力控速率、深度控制速率、卸載率等指標(biāo)；第三步啟動試驗(yàn)；第四步試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動保存。

增量循環(huán)試驗(yàn)程序示意圖

4.3 多種試驗(yàn)曲線供選擇

軟件提供的試驗(yàn)曲線種類豐富，且可隨時在各曲線類型之間進(jìn)行切換觀察。曲線類型有：試驗(yàn)力-時間曲線、試驗(yàn)力-壓痕深度曲線、壓痕深度-時間曲線等。

試驗(yàn)力-深度

試驗(yàn)力-時間曲線

深度-時間曲線

4.4 安全保護(hù)裝置

當(dāng)試驗(yàn)力超過最大試驗(yàn)力的2%-5%的設(shè)定值時過載保護(hù)，當(dāng)試驗(yàn)力超過設(shè)定力值時過載保護(hù)，試驗(yàn)過程安全保護(hù)功能。

5. 基于Excel-VBA的數(shù)據(jù)分析軟件

針對目前在結(jié)構(gòu)、容器、海工、石化等領(lǐng)域大量應(yīng)用的低合金高強(qiáng)鋼板，分析軟件著重對屈服強(qiáng)度進(jìn)行了個性化定制。由于傳統(tǒng)儀器化壓入反求拉伸性能僅可預(yù)測基于冪指數(shù)H ollomon 關(guān)系的屈服點(diǎn)指標(biāo)，如R p0.2 與R eL，分析軟件結(jié)合了I SO 標(biāo)準(zhǔn)H ollomon 與美國橡樹嶺A BI-Meyer 雙屈服模型，具備針對不同工藝材料，其屈服-抗拉強(qiáng)度預(yù)測的自迭代、自學(xué)習(xí)、自校準(zhǔn)。

軟件還集成了在國內(nèi)應(yīng)用較廣的布氏硬度-強(qiáng)度半經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換器，通過全局迭代自逼近后的加工硬化指數(shù)（n值）估測材料屈強(qiáng)比以及強(qiáng)度值。

5.1 拉伸性能分析模塊

分析軟件包滿足 GB/T39635-2020、 ISO/TR 29381與 KS B 0950 標(biāo)準(zhǔn)要求，可對儀器化壓入儀自動獲得的增量循環(huán)加/卸載對應(yīng)的力-深度曲線進(jìn)行模型化重構(gòu)。通過多變量優(yōu)選擬合反演真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。進(jìn)而獲得可與單軸拉伸試驗(yàn)對應(yīng)的非破壞性壓痕拉伸性能結(jié)果，包括屈服、抗拉、模量與加工硬化性能等

儀器化壓入儀數(shù)據(jù)分析接口，模型化重構(gòu)

高通量性能報告區(qū)，提供無限拓展的材料卡片，實(shí)現(xiàn)屈服強(qiáng)度自識別、自學(xué)習(xí)。

5 .2斷裂韌性分析模塊

在拉伸模塊的基礎(chǔ)上以插件的形式提供了兩類有關(guān)斷裂韌度的預(yù)報技術(shù)。一類是專業(yè)化分析包，基于國際上普遍認(rèn)可的 “ 等效能量 - 累計損傷 - 臨界模量 ” 模型，通過 J 積分?jǐn)嗔涯芙?jīng)平面應(yīng)變轉(zhuǎn)化得到 Kjc 指標(biāo)。另一類，則是通過拉伸性能的強(qiáng)塑積指標(biāo)基于 “ 臨界斷裂應(yīng)力 - 應(yīng)變法 ” 快速估算斷裂韌度因子 Kjc 。目前 ICE V7 可選斷裂韌度插件包括研究型 CIE （界壓入能法）、 CIS （等效壓入應(yīng)力法）與工程型 CSS( 等效應(yīng)力應(yīng)變法 ) 算法模型。

5.3 拉伸 性能 數(shù)據(jù) 輸出結(jié)果

The results according to GB/T 39635-2020

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1. Brief summary

n Value= 0.17

K Value (MPa)= 2110

E modulus (GPa)= 203

Convert HB= 390.7

GB-Rp (MPa)= 897

GB-Rm (MPa)= 1317

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2. Yield strength info.

Iteration Rp (MPa)= 810

KSB Rp (MPa)= 955

Meyer Rp (MPa)= 903

HB to Rp (MPa)= 863

ISO/HB Corr. Rp (MPa)= 897

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3. Tensile strength info.

HB to Rm (MPa)= 1267

ISO Rm (MPa)= 1317

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4. Meyer parameters

Meyer Coeff.(MPa) = 4104.15

Meyer Slope= 0.22

Meyer offset= 0

5.4 圖形化 輸出結(jié)果

6、技術(shù)參數(shù)

7.現(xiàn)場附件：