1，在維氏壓痕試驗(yàn)過程中，當(dāng)壓頭的垂直載荷值大于K9光學(xué)玻璃的臨界載荷值時(shí)，會(huì)在壓痕變形區(qū)域下方產(chǎn)生中位裂紋，如圖1，由于塑性變形區(qū)域長(zhǎng)度相對(duì)于中位裂紋長(zhǎng)度較小，可由c近似代替中位裂紋深度。壓痕試驗(yàn)所產(chǎn)生的中位裂紋與磨削中所產(chǎn)生的亞表面裂紋類似，中裂紋的深度通常決定了磨削過程工件亞表面裂紋深度。
超聲振動(dòng)維氏壓痕實(shí)驗(yàn)裝置搭建在自行研制的精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，壓痕對(duì)象為K9光學(xué)玻璃（工件尺寸：15 mm×15 mm×5 mm），壓頭采用V6標(biāo)準(zhǔn)維氏金剛石壓頭。工件用石蠟粘貼在超聲振子上，超聲裝置提供Y方向一維振動(dòng)，三向力傳感器安裝在超聲振動(dòng)裝置下方，用于測(cè)量Z方向壓痕垂直載荷的數(shù)值。
2，進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先進(jìn)行工件對(duì)刀，控制壓頭沿著Z軸反方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)力信號(hào)出現(xiàn)跳動(dòng)時(shí)表示壓頭和工件表面恰好接觸，則停止壓頭運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)刀；壓頭在下壓過程中保持勻速并在達(dá)到指定進(jìn)給深度后停止進(jìn)給，在保持10 s后卸載。實(shí)驗(yàn)后使用石蠟專用清洗劑清洗工件表面石蠟殘余物，之后用去離子水在超聲波清洗設(shè)備中反復(fù)清洗整個(gè)工件的上下表面，置于通風(fēng)無塵處晾干后，利用基恩士VR-3000系列測(cè)量激光顯微鏡測(cè)量工件表面微觀數(shù)據(jù)用來分析。
3，磁性復(fù)合流體(Magnetic Compound Fluid, MCF)拋光不會(huì)在材料表面、亞表面產(chǎn)生新的損傷，因此設(shè) 計(jì)MCF拋光實(shí)驗(yàn)檢測(cè)維氏壓痕的中位裂紋深度。首先將壓痕點(diǎn)置于拋光輪在XY面投影區(qū)域的X方 向中心位置；其次調(diào)整拋光輪Y方向的位置以便保證壓痕點(diǎn)處于拋光過程中去除率最高的區(qū)域；拋光輪 與工件表面間距控制為2 mm。在拋光過程中每5 min對(duì)拋光液補(bǔ)水一次，以保持其穩(wěn)定的流變性。根據(jù) 實(shí)驗(yàn)前所標(biāo)定的材料去除率為0.8 μm/min，設(shè)定每10 min（拋光深度8 μm）將工件取下，并至于金相顯微 鏡下觀察拋光區(qū)域內(nèi)中位裂紋的變化。當(dāng)中位裂紋臨近消失時(shí)改為每5 min取下觀察一次，直至中位裂紋 完全消失，并記錄拋光所用時(shí)間。
4， 超聲振動(dòng)維氏壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后使用基恩士VR-3000系列形狀輪廓測(cè)量顯微系統(tǒng)，將K9光學(xué)玻璃試件 清洗烘干后置于載物臺(tái)上，移動(dòng)鏡頭，完成對(duì)焦，觀察得兩種加載條件下的K9光學(xué)玻璃試件維氏壓痕變 形區(qū)域形貌。在未施加超聲振動(dòng)條件下，當(dāng)垂直載荷數(shù)值較小時(shí)，壓痕變形區(qū)域 處于塑性變形階段，雖已產(chǎn)生側(cè)向裂紋但未形成剝離區(qū)域。隨著垂直載荷值增加，壓痕變形區(qū)域由塑性 變形轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，?cè)向裂紋擴(kuò)展的同時(shí)也形成了幾個(gè)明顯的剝離區(qū)域。當(dāng)施加超聲振 動(dòng)時(shí)，垂直載荷值較小時(shí)，壓痕變形區(qū)域已呈現(xiàn)脆性去除的特性。但隨著垂直載荷值增加，側(cè)向裂紋擴(kuò) 展和表面損傷程度增長(zhǎng)趨勢(shì)較為緩慢。兩種條件下的壓痕變形區(qū)域形貌存在明顯不同，施加超聲振動(dòng)后 工件表面的壓痕變形區(qū)域均被明顯地拉長(zhǎng)并且出現(xiàn)刮擦的外貌特征，且刮擦方向與超聲振動(dòng)方向平行。 綜上可知，施加超聲振動(dòng)條件下，雖然在垂直載荷較小時(shí)，工件表面已形成脆性去除，但隨著載荷的增 加，表面損傷程度增長(zhǎng)趨勢(shì)相對(duì)較為平穩(wěn)，同時(shí)材料去除率有所提高。
5，進(jìn)行K9光學(xué)玻璃超聲振動(dòng)維氏壓痕實(shí)驗(yàn)，利用磁性復(fù)合流體拋光方法檢測(cè)壓痕中位裂紋深度，根據(jù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)壓痕應(yīng)力場(chǎng)中位裂紋深度模型進(jìn)行兩次系數(shù)修正，獲得適合超聲振動(dòng)維氏壓痕的 中位裂紋深度模型?；跀嗔秧g性，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算靜、動(dòng)態(tài)斷裂韌性獲得常規(guī)和超聲振動(dòng)條件下的一次 修正系數(shù)χ分別為0.08和0.06，獲得超聲振動(dòng)對(duì)壓痕中位深度裂紋所造成的影響差異。針對(duì)外界實(shí)驗(yàn)條件 所造成的影響，引入二次修正系數(shù)θ，并根據(jù)兩種條件下中位裂紋深度變化，擬合出一、二次修正系數(shù)乘 積θχ分別為7.58和5.67，結(jié)合一次修正系數(shù)χ數(shù)值進(jìn)一步計(jì)算出的兩種條件下二次修正系數(shù)值極為接近， 分別為94.75和94.50。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過一、二次系數(shù)修正獲得的超聲振動(dòng)壓痕中位裂紋深度模型對(duì)超 聲振動(dòng)維氏壓痕具有良好的識(shí)別度。下一步工作將擴(kuò)大材料種類和實(shí)驗(yàn)樣本，進(jìn)一步完善該壓痕中位裂 紋深度模型的適用范圍。
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