【摘要】：納米壓痕測試技術(shù)是一種無損測試方式,已成為微觀力學性能測試的主流方法之一,越來越受到大家的青睞。上世紀五十年代歐美國家開始對納米壓痕測試技術(shù)進行研究,已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)原位納米壓痕且已商業(yè)化,我國在近十年里對這一領(lǐng)域進行大力發(fā)展,目前在納米壓痕測試技術(shù)方面的研究已取得一定成效。材料在實際服役中,受到多種載荷的共同作用,并且在受力過程中由于環(huán)境溫度的變化,同時受到熱場影響,導致材料的失效不是某單一載荷而是由多場多載荷共同作用造成的。為研究材料在實際服役狀態(tài)下的可靠性、穩(wěn)定性,設計一種精密檢測其微觀力學參數(shù)的預應力溫度梯度下原位納米壓痕測試儀具有重要意義。以壓痕測試技術(shù)理論為基礎(chǔ),設計納米壓痕測試裝置的機械結(jié)構(gòu),通過有限元仿真分析驗證機械結(jié)構(gòu)的合理性,計算出該裝置的機架柔度實現(xiàn)壓痕儀的校準。利用校準后的壓痕儀壓入標準熔融石英試樣采集載荷位移曲線,與商業(yè)化壓痕儀采集的曲線對比顯示重合度很高,說明自制壓痕儀具有可靠性;通過對標準熔融石英試樣重復性壓入采集曲線顯示重復性良好,說明自制壓痕儀具有穩(wěn)定性。調(diào)試過程中首先對壓痕力傳感器和位移傳感器進行標定,然后通過PID進行反饋調(diào)節(jié)測試,最后對壓頭和試件進行檢測,測試結(jié)果:位移分辨力達到0.1nm,載荷分辨力達到0.001m N,控制速率為1nm/s到50nm/s和0.1m N/s到50m N/s。利用研制的測試裝置進行納米壓痕測試試驗,選取的試樣為TC4鈦合金,TC4機械性能較好在航空航天具有廣泛應用。通過兩次納米壓痕測試得知鈦合金TC4的彈性模量較低,在鈦合金TC4生產(chǎn)加工時,往往需要對其進行離子注入以提高其顯微硬度。再對Ni-Ti記憶合金進行溫度梯度下的壓痕測試,Ni-Ti記憶合金是一種形狀記憶合金。通過觀察Ni-Ti記憶合金在不同溫度下的載荷-位移曲線發(fā)現(xiàn),材料的力學特性發(fā)生了變化,當溫度達到45℃時壓痕曲線發(fā)生明顯變化,通過試驗結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn),在相變點溫度之前,彈性模量和剛度幾乎保持不變,達到相變點溫度之后,由于材料的記憶效應彈性形變,彈性模量、剛度突然增加。對鎂鋁合金在溫度梯度下進行預疲勞納米壓痕測試,結(jié)果表明經(jīng)過預疲勞加載會使試件彈性模量明顯增加,再對試件加熱會使材料彈性模量降低且彈性模量介于預疲勞加載前后之間;預疲勞條件下會使鎂鋁合金抗壓性得到一定程度的提高,高溫預疲勞條件下會使鎂鋁合金抗壓性提高的更加明顯。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH87

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本文編號：2593697