Load dependence of the hardness of silicate glasses – Not just due to indenter tip defects

Abstract

The real contact area of Berkovich indenters with typical indenter tip defects is calculated as a function of the penetration depth in a general form and compared with literature results for Vickers indenters. The influence of the tip defects on the load dependence of hardness is treated for both types of indenters, taking into account possible purely elastic deformation at the beginning of contact. Using the example of recording microhardness measurements on glass made using a Berkovich indenter, it is shown that a linear dependence exists between load and depth of penetration in the millinewton load region which can be explained by a rounded indenter tip. However, the resulting corrections for the real contact area are not sufficient to compensate for the load dependence of the hardness in the entire load region. A method is proposed for showing definitely that the load dependence of the hardness is caused not just by indenter tip defects but also by material properties. This method is tested on extensive measurements of the authors, as well as on results of Frischat and the Oak Ridge group.

Für die typischen Indenterspitzenfehler wird die reale Kontaktfläche von Berkovich-Indentern als Funktion der Eindringtiefe in einer allgemeinen Form berechnet und mit den Literaturergebnissen für Vickers-Indenter verglichen. Der Einfluß der Spitzenfehler auf die Lastabhängigkeit der Härte wird für beide Indentertypen behandelt, wobei mögliche rein elastische Verformungen zu Kontaktbeginn berücksichtigt werden. Am Beispiel von registrierenden Härtemessungen an Glas mit dem Berkovich-Indenter wird gezeigt, daß im Millinewton-Lastbereich zwischen Last und Eindringtiefe eine lineare Abhängigkeit besteht, die durch eine abgerundete Indenterspitze erklärt werden kann. Die daraus resultierenden Korrekturen für die reale Kontaktfläche reichen aber nicht aus, um die gemessene Lastabhängigkeit der Härte im gesamten Lastbereich zu kompensieren. Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem eindeutig entschieden werden kann, dass die Lastabhängigkeit der Härte nicht allein durch Indenterspitzenfehler, sondern wesentlich durch die Eigenschaften des Materials verursacht wird. Das Verfahren wird an umfangreichen Meßergebnissen der eigenen Gruppe, von Frischat und von der Oak Ridge-Gruppe erprobt.