[发明专利]一种材料机械性能测定装置及其压头组件和测定方法

权利要求书

1.一种材料机械性能测定用压头组件，其特征在于，包括：用于施压于被 测对象上以获取压痕的压头及压头杆，用于获取所述压头的压力和压深的传感器 组件，用于获取所述压痕的图像及被测对象变形尺寸数据的光学组件；其中，所 述压头杆为中空结构，所述光学组件设于所述压头杆上，所述压头由透明材料制 成，设于所述压头杆的端部，所述光学组件的光成像路径穿过所述压头杆与所述 压头的施压方向一致。

2.如权利要求1所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 光学组件包括设有摄像光源的摄像头和显微镜，所述摄像头和所述显微镜同设与 所述压头杆中，所述摄像头、所述显微镜和所述压头形成的光成像路径与所述压 头的施压方向一致。

3.如权利要求2所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 传感器组件包括压力传感器和压深传感器，所述压力传感器设于所述压头杆的端 部，所述压深传感器设于所述压头杆外侧。

4.如权利要求2所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 压头杆沿轴向设有0.5～4mm的通孔，使压痕图像和摄像光源光线经过所述通孔 和所述透明压头与设置于所述通孔中的所述光学组件形成光学通路。

5.如权利要求1所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 压头形状为圆锥形、棱锥型或半球型。

6.如权利要求5所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 压头由金刚石材料制成。

7.如权利要求2所述的材料机械性能测定用压头组件，其特征在于：所述 光学组件采用具有自动对焦功能的显微镜和摄像头。

8.一种材料机械性能测定装置，包括底座、立柱和悬臂，设于所述悬臂上 的显示屏，设于所述底座上的压板试台，所述底座、立柱和悬臂依次固定连接， 其特征在于：还包括设于所述悬臂上的如权利要求1-7任一项所述的材料机械性 能测定用压头组件。

9.一种材料机械性能测定方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的材 料机械性能测定装置进行测定，加载压力通过所述压头杆驱动所述压头分多次等 深度下压，包括：

S1：压入至预定深度h停止下压，稳定时间t，测定此时所述压头的压力P1、 压痕深度h1和压痕面积S1，直至所有数据测定完毕，执行步骤S2；

S2：卸载一半的压入深度，稳定时间t，测定此时所述压头的压力P2、压痕 深度h2和压痕面积S2，直至所有数据测定完毕，执行步骤S3；

S3：再次压入至预定深度h停止下压，稳定时间t，测定此时所述压头的压 力P3、压痕深度h3和压痕面积S3，直至所有数据测定完毕，执行步骤S2，直 至测试完毕，撤掉所述压头；

S4:根据步骤S1-S3测得的压力、压痕深度和压痕面积数据计算出被测件的 材料机械性能。

10.如权利要求9所述的材料机械性能测定方法，其特征在于，所述多次下 压的次数为5～20次，所述材料机械性能包括材料的抗拉强度、屈服强度、弹性 模量、硬度、材料常数、泊松比、塑性、断裂韧性或残余应力。