利用圆锥压头微米划痕测试材料断裂韧性

利用Rockwell C金刚石压头对铜、聚碳酸酯、熔融石英和钠钙硅玻璃4种材料进行了微米划痕测试,这是国内首次利用划痕方法测量材料的断裂韧性.研究表明:在划痕深度较浅时,必须要考虑压头顶端的球体区域,考虑和未考虑压头顶端球体区域时的压头形函数差别较大;考虑压头顶端的球体区域后,采用线弹性断裂力学(LEFM)模型评估断裂韧性的结果和能量尺寸效应(SEL)模型的计算结果接近,与单边切口梁(SENB)法、山形切口梁(CNB)法或压痕断裂(IF)法评估的断裂韧性相吻合,而未考虑压头顶端球体区域时计算断裂韧性的结果偏大;采用SEL模型评估断裂韧性时,按照投影接触面积等效的压头半顶角评估的断裂韧性相对按照周长等效的压头半顶角评估的断裂韧性误差更小,与LEFM模型的评估结果更接近.

反应烧结SiC陶瓷脆性去除特征及刻划力波动行为

主要研究不同加工深度及压头形状刻划条件下反应烧结碳化硅(RB-SiC)陶瓷脆性去除特征和刻划力波动行为之间的关系。采用半径分别为400nm的金刚石玻氏压头以及8.7μm的圆锥压头进行恒切深刻划,并利用扫描电子显微镜对刻划后的SiC陶瓷表面进行测量。最后,通过Daubechies小波进行横向力和切向力信号分解,并结合划痕表面损伤形式,给出不同细节信号及近似信号与加工损伤的联系。实验结果表明:对于圆锥压头,随着加工深度的增大,表面形貌为塑性挤出、微破碎和大面积表面破碎共存的形式。此外,在脆性断裂去除情况下,随着压头尖端半径的减小,破碎程度增加且刻划力信号能量由低频段逐渐扩散到整个频域。同时低频段的能量逐渐占据主要地位。不同程度的表面微破碎及边缘微破碎对刻划力细节信号分量贡献较大。反应烧结碳化硅结构本身差异以及缺陷引起的大面积断裂是刻划力波动能量的主要来源,而且随着加工深度的增大而增大。

多晶铜表面织构冷压成形晶体塑性有限元分析

基于晶体塑性理论和有限元方法建立了面心立方结构的纯铜材料的三维晶体塑性有限元模型,并对其钝化圆锥压头冷压成形过程进行了模拟。选取了平均晶粒尺寸分别为25、35和70μm的工件进行冷压,分析了成形过程中的载荷-压痕深度曲线、表面轮廓曲线、位移场与堆积现象、应力分布以及各滑移系的累积塑性应变。结果表明,晶粒尺寸越小,最大压痕深度处的峰值载荷越大,塑性回弹越大。冷压过程中,位移场产生堆积效应,在<110>晶向上最为明显,且体现了面心立方晶体的高度对称性。冷压后的工件表面发生细晶强化,使其具有更高的强度和硬度。随着各滑移系累积塑性应变的增加,8条滑移系被激活。随着晶粒尺寸的减小,应力云图开始离散,S12应力表现出与位移场相同的传导方向,平均晶粒尺寸为35μm时的工件残余应力最小。

无氧铜微纳米划痕测试过程影响因素仿真研究

随着材料科学技术的迅猛发展,工业领域对材料性能的要求越来越高。作为服役性能的重要因素之一,材料的摩擦磨损特性近年来成为国内外的研究热点。本文利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对无氧铜划痕过程进行仿真,研究了接触深度、划痕速率及非垂直因素对划痕过程的影响,有助于分析材料微观力学性能,对微沟槽加工机理及材料可加工性研究具有重要意义。