GB/T 21838.4-2020 金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第4部分:金属和非金属覆盖层的试验方法

标准编号：GB/T 21838.4-2020

标准名称：金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第4部分:金属和非金属覆盖层的试验方法

英文名称：Metallic materials—Instrumented indentation test for hardness and materials parameters—Part 4: Test method for metallic and non-metallic coatings

发布日期：2020-12-14

实施日期：2021-07-01

归口单位：全国钢标准化技术委员会

执行单位：全国钢标准化技术委员会

主管部门：中国钢铁工业协会

起草人

王滨、王春亮、侯晓东、沙菲、高怡斐、王博亚、李荣锋、董莉、侯慧宁、巴发海

起草单位

上海材料研究所、东莞材料基因高等理工研究院、钢研纳克成都检测认证有限公司、采埃孚亚太集团有限公司、冶金工业信息标准研究院

标准范围

本文件规定了金属和非金属覆盖层硬度和材料参数的仪器化压人试验方法，它特别适用于纳米／显微范围内的薄覆盖层试验。如果压人深度相对于覆盖层厚度很小，以至于在任何可能情况下都可以忽略基体材料的影响而将覆盖层当作块体材料时，没有必要采用本文件，该情况下的试验限制条件会在本文件给出。

本方法仅限于对试样表面进行垂直压入的单层覆盖层试验，但如果相对于压痕尺寸来说，每一层的厚度或梯度大于测量分辨率，则也可在其横截面上测量有梯度和多层覆盖层材料的性能。

本方法不限定材料的类型，它适用于金属和非金属覆盖层。在本文件中，术语“覆盖层”用于描述与连接基体不同并有着均匀性质的任何固体层。该方法假定覆盖层性能不随压人深度变化。对于复合材料覆盖层，如果微观结构尺寸小于压痕尺寸，复合材料覆盖层可以被视作均匀的。

本文件仅适用使用顶端曲率半径足够小的棱锥或圆锥形压头，从而保证测量所产生的塑性变形发生在覆盖层内部。对粘弹性或易发生蠕变的材料，试验时间对其硬度测量影响很大。

注1:ISO14577-I、ISO14577-2和ISO14577-3规定了在所有力和位移范围内块体材料的仪器化压人试验方法。

注2：这里采用的分析中未考虑压痕的凸起（pile-up）或凹陷（sink-in)。使用原子力显微镜（AFM）评价压痕的形状以确定压痕周围表面的凸起或凹陷，这些表面效应导致分析中接触面积的低估（凸起）或高估（凹陷），进而可能影响测量结果。凸起通常发生在完全加工硬化的材料上。由于覆盖层塑性变形区域中应力的约束，软的延性好的薄覆盖层材料更易形成凸起。文献表明，测量硬度时凸起会导致实际接触面积的增加，而这种影响对压人模量的测量不明显，因为凸起部分的刚性偏低^［l.2］。

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