球形压头测量形状记忆合金相变特性的方法

摘要

本发明公开了一种球形压头测量形状记忆合金(SMAs)相变特性的方法。它是利用球形压头压入形状记忆合金材料表面，使其发生应力诱发的相变，并通过传感器同时检测加卸载过程中的载荷和位移信号，得到载荷F－位移h_t曲线，然后根据分析将试验获取的载荷－位移曲线转化为对应的名义应力σ_m－名义应变ε_m曲线，进而得到SMAs的相变应力和弹性模量等性能。该测试方法简单易行，可基本实现对材料的无损测量，不仅广泛适用于各种超弹和形状记忆SMAs相变特性的测量，而且特别适用于厚度低至数微米的SMAs薄膜或典型结构尺寸在微米量级的SMAs微器件相变特性的测试，测量值准确，精度高，能为SMAs在微机电系统的应用提供可靠的相变特性测试依据。

主权项

1.一种球形压头测量形状记忆合金相变特性的方法，其步骤是：a、利用压痕设备，采用球形压头径向压入形状记忆合金材料表面，使其发生应力诱发的相变，并通过传感器同时检测加载和卸载过程中的载荷F和位移ht信号，得到形状记忆合金的载荷F-位移ht曲线；b、采用不同的峰值载荷，重复a步的步骤，得到不同峰值载荷下形状记忆合金的载荷F-位移ht曲线，这些载荷F-位移ht曲线的初始卸载斜率即为相应载荷下接触副的接触刚度S，从而拟合出接触刚度S随载荷F变化的曲线；c、在b步测量得到的形状记忆合金载荷F-位移ht曲线中，选定任意一条加载段和卸载段不重叠的载荷F-位移ht曲线，计算该选定曲线对应的加载和卸载过程中压痕接触区内的平均压力和代表性应变，分别定义为名义应力σm和名义应变εm，其计算过程为：先计算接触半径ac，$a_c=\sqrt{2(h_t-0.75F/S)R-{(h_t-0.75F/S)}^2};$再计算名义应力σm，σm＝F/πa2和名义应变εm，εm＝0.75ac/πR；公式中：R为球形压头的曲率半径，S为b步的拟合曲线中对应载荷F的接触刚度；d、根据c步计算得出的名义应力σm和名义应变εm，得到待测形状记忆合金的名义应力σm-名义应变εm曲线；对于超弹状态的待测形状记忆合金，该名义应力σm-名义应变εm曲线加载段相变应力平台开始处的应力σf即对应待测形状记忆合金的正向相变应力，卸载段的回复应力平台结束处的应力σr即对应待测形状记忆合金的反向相变应力；对于形状记忆状态的待测形状记忆合金，该名义应力σm-名义应变εm曲线加载段相变应力平台开始处的应力σf即对应待测形状记忆合金的相变应力。