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。真應力值和真應變值通過數(shù)學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。屈服強度可以從應力-應變曲線上彈性線與塑性曲線的交點計算得出，抗拉強度利用張力不穩(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，即當壓痕深度到達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？

可針對實驗室毫微試樣，服役材料或構件進行屈服強度、拉伸強度、殘余應力、彈性模量、硬度、斷裂韌性等性能的評估與檢測。

■有何特點？

微損（壓入深度最大 150um）在役檢測材料屈服強度、拉伸強度、硬度、殘余應力、斷裂韌性；可以檢測不同區(qū)域的力學性能，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%。

■有無標準？

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力》

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

ISO14577:2-2015 《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗第1部分：試驗機的檢驗和校準》

ISOTR29381-2008《金屬材料儀器化壓入試驗測量機械性能-拉伸性能》

以上標準規(guī)范了運用儀器壓痕技術檢測抗拉強度、殘余應力、屈服強度的標準。

■儀器到現(xiàn)場方便攜帶嗎？

儀器主機重量5公斤，備蓄電池，方便野外作業(yè)。

■試驗速度咋樣？

測試速度快。一個測試點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，便攜式壓入技術已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一項新型的無損檢測技術。臺式結(jié)構的設備可以在實驗室中使用，便攜式的可以通過磁鐵固定在非平面部件上，比如在管道的力學性能檢測上的檢測。以其產(chǎn)品結(jié)構簡單、分辨率適中、便攜性、可靠性，據(jù)預測未來可成為管道、焊縫及其他特殊部件力學性能測試的標準設備。

3. 產(chǎn)品技術特點

3.1輸出材料的多種力學性能。彈性模量、應力-應變曲線、屈服強度、抗拉強度、加工硬化指數(shù)、布氏硬度等

3.2 可自定義試驗參數(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、零點基準值、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模塊化設計。設備采用模塊化設計，壓頭可方便更換，可實現(xiàn)一機兩用，便攜式主機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；如將便攜式主機安裝到臺架上，則可應用于實驗室，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，試驗過程按照流程化 Workflow 模板設計，操作簡單易用，一鍵自動完成。系統(tǒng) 提供原始數(shù)據(jù)一鍵導出功能，提供時間、載荷、深度原始數(shù)據(jù)。可自定義試驗方法參數(shù)，如壓頭接近試樣的速度、零點基準值、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

軟件主界面集試驗操作的常用功能于一體，如：集“試驗方案建立、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)試驗程序

按流程化試驗模板，用戶選擇新建試樣信息模塊，第一步輸入壓入試驗IIT-新建試驗信息;第二步設置各循環(huán)周期的統(tǒng)一目標值：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；第三步啟動試驗；第四步試驗數(shù)據(jù)自動保存。

增量循環(huán)試驗程序示意圖

4.3 多種試驗曲線供選擇

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

試驗力-深度

試驗力-時間曲線

深度-時間曲線

4.4 安全保護裝置

當試驗力超過最大試驗力的2%-5%的設定值時過載保護，當試驗力超過設定力值時過載保護，試驗過程安全保護功能。

5. 基于Excel-VBA的數(shù)據(jù)分析軟件

針對目前在結(jié)構、容器、海工、石化等領域大量應用的低合金高強鋼板，分析軟件著重對屈服強度進行了個性化定制。由于傳統(tǒng)儀器化壓入反求拉伸性能僅可預測基于冪指數(shù)H ollomon 關系的屈服點指標，如R p0.2 與R eL，分析軟件結(jié)合了I SO 標準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-抗拉強度預測的自迭代、自學習、自校準。

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

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 標準要求，可對儀器化壓入儀自動獲得的增量循環(huán)加/卸載對應的力-深度曲線進行模型化重構。通過多變量優(yōu)選擬合反演真應力-真應變曲線。進而獲得可與單軸拉伸試驗對應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

高通量性能報告區(qū)，提供無限拓展的材料卡片，實現(xiàn)屈服強度自識別、自學習。

5 .2斷裂韌性分析模塊

在拉伸模塊的基礎上以插件的形式提供了兩類有關斷裂韌度的預報技術。一類是專業(yè)化分析包，基于國際上普遍認可的 “ 等效能量 - 累計損傷 - 臨界模量 ” 模型，通過 J 積分斷裂能經(jīng)平面應變轉(zhuǎn)化得到 Kjc 指標。另一類，則是通過拉伸性能的強塑積指標基于 “ 臨界斷裂應力 - 應變法 ” 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 （等效壓入應力法）與工程型 CSS( 等效應力應變法 ) 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、技術參數(shù)

7.現(xiàn)場附件：