Page 38 - 理化检验-物理分册2023年第二期
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朱建雷, 等: 压痕法评价钛铌合金表面( TiNb ) C强化层显微硬度及断裂韧性
不同载荷下, L-II垂直表面方向的压痕形貌及 下, 硬壳将应力传送至基体层, 但软质基体层强度不
裂纹长度如图3所示。在载荷为0.5N 时, 压痕周 足, 会发生较大的变形, 进而导致表面强化层发生崩
围裂纹较少, 部分压痕尖端还未有明显的裂纹出现 塌, 形成如图3f ) 所示的相框裂纹。此时, 由于应力
[ 见图3a )]。随着载荷的增加, 压痕顶角裂纹逐渐 传递已经与基体关联, 并不能反映强化层的实际硬
明显且变长; 同时, 棱边裂纹也逐渐明显[ 见图 3 度。因此, 结合压痕形貌和裂纹扩展方式, 可以判断
d )], 逐渐展现出相框裂纹的具体特征。相框裂纹的
L-II 测试时的临界载荷为3N 。由于当载荷为3N
产生原因为高载荷下的高接触应力 [ 13 ] 和基底效应。
时, 压痕棱边已经有相框裂纹形成, 因此当载荷为
当载荷提高至10N 时, 相框裂纹从棱边延伸至压痕
2N 时, 所测显微硬度为 L-II的最可信硬度, 其平
中心点, 呈龟裂状。造成这种现象的主要原因是强
化层和基体所组成的“ 硬壳 - 软底” 结构。在高应力 均硬度为2594.13HV 。
图3 不同载荷下 L-II垂直表面方向的压痕形貌及裂纹长度
在不同载荷下, 垂直横截面方向 L-III的压痕 当载荷为1N 时, 压痕半长度的波动最小[ 见图 4
形貌如图 4 所示。经过多点测量和观察, L-III压 b )]。进一步考虑到边缘效应, 当载荷为 1N 时,
显微硬度可作为 L-III的最可信硬度, 其平均硬度
痕的长度和尖端裂纹长度明显大于 L-II , 而且 L-
III 内的裂纹主要沿平行于表面的方向扩展。这主 为2334.88HV 。结果表明, 虽然 L-III组织中的
要是由强化层厚度引入的边缘效应引起的。当载 晶粒具有更小的尺寸, 为亚微米级, 但是 L-II呈现
荷为0.5N 时, L-III 内压痕的裂纹长度波动最小; 出较高的硬度。
图4 不同载荷下 L-III垂直横截面方向的压痕形貌
2.3 强化层内的断裂韧性 面类材料, 特别是高脆、 硬性表面强化层, 由于材料本
在断裂韧性评级的精度和适应范围方面, 传统压 身尺寸的限制, 压痕法测量表面类或薄膜类材料的断
痕法具有一定的局限性。对于薄膜类、 涂层类以及表 裂韧性具有方便、 简单等优势, 同时具有较高的精度。
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