渐进法向力对金属材料微米划痕响应的影响

摘要

通过Rockwell C 120°金刚石压头对16种金属材料进行微米划痕测试,研究渐进法向力对材料划痕响应的影响。结果表明:随着法向力从5 mN线性增大到30 N,压入深度和残余深度均线性增加;弹性回复率先迅速增大,然后趋于一个常数。当压入深度小于压头的球锥转变深度时,仅有压头顶端的圆球与材料接触,残余划痕宽度非线性增加;当压头的圆锥部分与材料接触时,残余划痕宽度线性增大。稳定弹性回复率和划痕硬度随屈服强度的增加而线性增大。纯Mo、纯W和40Cr的划痕摩擦系数随法向力的增加始终非线性增大,其余金属的划痕摩擦系数先非线性增加,之后趋于稳定;划痕摩擦系数的变化趋势可通过几何接触模型进行解释。在较大法向力下,QT500的摩擦机制中黏着摩擦和犁沟摩擦起到几乎相同的作用,其余材料的摩擦机制主要为犁沟摩擦。稳定划痕摩擦系数随稳定划痕硬度及其与弹性模量比值的增加而线性减小。