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GBT 39635-2020 金属材料 仪器化压入法测定压痕拉伸性能和残余应力.pdf

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5.1.5.4抗拉强度出现在颈缩发生前的最大应力处。基于拉伸不稳定性原理，抗拉强度处的真应变 EIT.u可以由式（10）表示。尽管压痕抗拉强度处的真应变IT.和应变硬化指数nr之间的线性关系已 经验证，但事实上不是完全线性关系。因此，建议增加试验修正因子来获得准确的真应变err.u。最后压 痕抗拉强度6T由式（11）确定（见A.5）

5.2残余应力测量原理

OIT.u=Kenl.

GDJ 089-2018 应急广播大喇叭系统技术规范IT.u=c·nnT OI.u= Ke.

GB/T39635—2020有应力目标部位与无应力参考部位的材料性能是否相同？否?VT,VR试验流程→VT,VR,ST,SR试验流程有应力目标部位相同的材料性能无应力参考部位有应力目标部位不同的材料性能无应力参考部位1VTVRVTSTVRSR目标部位参考部位目标部位参考部位xbofrkdhguas.0残余应力：试验力差(FF)说明：(1+p)+ VT目标部位维氏压头压入试验Fs+VR参考部位维氏压头压入试验平均残余应力：O ST目标部位球型压头压入试验3 ()●SR:参考部位球型压头压入试验As试验力差=—F图6仪器化压入试验测定残余应力的原理8

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5.2.2.6残余应力对硬度影响可以忽略[2，8.9]，可用无应力状态下的硬度来计算残余应力作用下的真实 接触面积，如式（17）：

5.2.3残余应力测量

A.=Hm. F s

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5.2.3.3非等方向二轴残余应力测试

试验机应能够提供本文件范围内的试验力，并应符合GB/T21838.2的要求。试验力校准应采

GB/T39635—2020可溯源的方法测量。用校准过质量的础码通过机械效益加一个准确到士0.2%以内的力，使该力与被测试验力相平衡；对于用于校准的每个测量点，测量值和标称试验力之间的差值应在土1.0%的允差范围内。6.2试验仪器能够在测试循环中测量和记录压人试验力、压入深度以及时间。6.3测量压人深度的试验机应能测量500nm或以下的压人深度的能力。所要求的位移校准装置的分辨力取决于要测量的最小压人深度的尺寸，其分辨率不得大于100nm。6.4在测量压痕拉伸性能时使用球形压头，在测量残余应力时使用维氏压头和球形压头，6.5所用的球形压头，最好将球形压头和压头柄做成一体来减小试验误差（见图8）。压头柄尽可能减小试验机的柔度，并与试验机紧密连接。↑1标引序号说明：1压头柄；2球形压头。图8完整的球形压头6.6球形压头应用碳化钨或者比测试材料刚度大得多的材料制作。对完整的球形压头，与图8中一致的球形压头部分长度l应与球形压头半径一致。球形压头的直径为0.5mm～1.0mm。6.7试验机应在8.1中所表述的允许温度范围内使用，因温度变化引起的压入深度位移偏移不得大于500nm，其最大允差为1%h。6.8为满足不同试验需求，建议使用基础试验台固定主机单元进行试验。主机单元应包括：驱动电机、力传感器、传力装置、位移传感器、压头柄和压头以及连接计算机接口等，如图9所示。在现场可以根据实际情况使用U型夹具、V型夹具、磁性座、链条或者机器臂来牢固固定主机单元后进行试验。463标引序号说明：1——主机单元；4驱动电机；7——位移传感器；2试样夹持及移动单元；5力传感器；8———压头柄和压头；3基础试验台；传力装置；9连接计算机接口。图9仪器化压入试验机示意图11

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7.1试样表面与压头接触部位不应有氧化物、异物、润滑剂等。为确保试验结果的重合度，试样测试表 面应进行细砂打磨处理，建议使用颗粒粒径在23m以下的砂纸进行打磨。压入试验方向应与试样测 试表面垂直，偏差小于1°。 7.2制备试样时应使由于过热或冷加工等因素对试样表面硬度的影响减至最小。 7.3为减小试样固定件对测试结果等影响，试样应足够厚或压人深度足够小。按照GB/T21838.1 2019中6.3要求，试样厚度应加工为最大压入深度h的10倍以上或者压头半径的3倍以上

8.2拉伸性能试验程序

.2.2任一压痕中心与试样边缘的

8.3残余应力试验程序

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持时间的长度需要记录下来。通常来说，位移试验力)加载和卸载率，保持时间的长度在一次试验周期的每 步中变化不大。 8.3.2建议最大试验力为50kgf。 8.3.3试验中维氏压头的使用见表2，或见GB/T21838.1一2019中7.7的规定

持时间的长度需要记录下来。 通常米说GB/T 16318-2021 旋转牵引电机基本试验方法，位移（试验 保持时间的长度在 次试验周期的每 步中变化不大。 8.3.2建议最大试验力为50kgf。 8.3.3试验中维氏压头的使用见表2，或见GB/T21838.1一2019中7.7的规定

一份完整的不确定度评估是根据JJF1059.1一2012测量不确定 为以下两类： a）A型不确定度包括： 零点设置； 一压痕载荷和压头位移的测量； 压痕载荷卸载曲线的重合度； 试验条件的选择。 b）B型的不确定度包括： 一试验机的载荷和位移； 试验机的柔度； 球形压头的直径（半径）； 试样表面的倾斜度。

试验报告应至少包括以下信息，除非双方另有约定： a） 本标准编号； b) 试样的详细说明； c) 压头的材料和直径（或半径）； d) 试验条件（拉伸性能测量见8.2.1，残余应力测量见8.3.1）； e) 试验中接触零点的调整方法： f 不在本文件规定中或者可选的所有试验操作； g） 试验温度； h 试验日期和时间； i） 控制类型（试验力或位移）； 试验力（或位移）加载速率和卸载速率； k） 每个试验力保持时间的长度和位置； 1) 试验力卸载的起始位置； m) 最大试验力、最大压人深度或最大位移：

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GB/T39635—2020附录A（资料性）单轴拉伸性能和压痕拉伸性能的比较A.1概述A.1.1本附录给出了单轴拉伸试验测得的拉伸性能和本文件所介绍的仪器化压入试验所得到的压痕拉伸性能的信息。A.1.2由于压痕拉伸性能试验受本文件8.1所示试验条件的影响，应选择最佳的试验条件以与单轴拉伸试验保持一致。注：为了对比两种试验方法所测的拉伸性能，仪器化压人试验的最优条件见8.2.1注2。这些参数的获得采用Taguchi方法中的信噪比，并随着材料的属性和试验条件有所差异[11]。A.1.3在计算压痕拉伸性能例如屈服强度iT.y，抗拉强度IT.和应变硬化指数n时，参数的选择应见本文件5.1规定的修正常数，塑性约束因子亚，屈服强度下的真应变εIT和抗拉强度下的真应变I.u。A.2曲率比值法来确定应变硬化指数基于32种材料的两种固定值（a1=150μm，a2=200μm）的曲率比值，通过仪器化压入法得到应变硬化指数。如图A.1所示，大部分金属材料的偏差在士20%的范围内。0. 35q,=150 μm0. 30α,=200 μm0. 25,"=20%距0. 100. 050.00+0. 00D0.050.100.150.200.250.300.35(IIT)图A.1拉伸试验和压入试验得到的应变硬化指数n之间的比较A.3修正常数，塑性约束因子的确定A.3.1基于对40种材料的有限元分析，包括钢材，非钢材还有理想幂化应变指数材料，修正常数，塑性约束因子的确定流程可以见参考文献4.12]。A.3.2考虑以下三种参数：弹性特性、应变变化程度和塑性特性。首先，弹性性质可以表示为屈服强度和弹性模量的比值，即屈服应变。其次，压人深度影响应变变化程度，因为应变随球形压痕的深度而变化。最后，塑性应变硬化指数，即塑性变形的应变硬化行为的程度。A.3.33塑性约束因子与弹性特性和不同应变水平两者都不全是调整常数。另一方面，当应变硬化指数不同时，塑料约束因子Φ只有当0.14时可以表示为一个恒定值大约3.0。塑料约束因子这个值是15

GB/T39635—2020附录B（资料性）钻孔法、切割法、X射线衍射法和仪器化压入试验法测试残余应力的比较B.1概述本附录是通过常用的破坏残余应力测试方法中的钻孔法、切割法、X射线衍射法测得的钢焊接部位残余应力和符合本文件的仪器化压人试验测得的残余应力相互比较的参考资料。B.2残余应力测试方法B.2.1钻孔法表面打磨后，如图B.1所示粘贴钻孔用三轴应变计。用光学显微镜确定应变计中心的孔后打出8组的2mm深度的孔。观察各组的应变计的变化量来测试不同方向的残余应力（参见ASTME837[13])。·················标引序号说明：1金属基材；5——压人试验；2——抛光面；6——三向应变片；3——焊接金属；7——钻孔区。4———热影响区；图B.1焊接接头残余应力评定有效性试验（钻孔法）B.2.2切割法切割试验是与焊接线垂直方向粘贴切割用应变计后进行试验。在切割过程中测试应变片的弯曲变形率，得到较为连续性的残余应力的变化。如图B.2所示。18

NB/T 34013-2013 农用醇醚柴油燃料GB/T396352020