断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力,是评估材料可靠性的重要参数。传统断裂韧性测试需要预制裂纹和复杂加载装置,而利用维氏硬度计进行压痕法测量,提供了一种便捷的替代方案。其主要原理是: 维氏硬度计通过金刚石正四棱锥压头在材料表面施加固定载荷,形成菱形压痕。在硬脆材料(如陶瓷、硬质合金)中,压痕周围可能产生放射状裂纹。根据裂纹长度与载荷的关系,可计算材料的断裂韧性(KIC)。常用公式为:
其中,E为弹性模量,Hv为维氏硬度,P为载荷,c为裂纹长度。
所以在测量时,首先将需要测试的工件制作成试样,再将试样表面先抛光成镜面,放在显微硬度仪下,以在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压痕,这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。然后根据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C就能计算出断裂韧性数值(KIC)。该方法无需复杂试样制备,适用于微小区域或涂层材料的局部测试,极大的提高了材料断裂韧性测试的便利性。但同时也存在其局限性,那就是需注意材料均匀性、裂纹清晰度对结果的影响,且更适用于脆性材料。目前,ASTM和ISO已将其纳入部分标准(如ASTM C1327)。
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