在石油化工、火电、核电等行业中，需要定时对大量的在役压力容器和管道进行非破坏性检测，以确保生产的安全进行。常规评价设备性能的方法是现场检验和取样试验。现场检验（如超声检测、射线检测和渗透检测等）具有非破坏性，目的是找出在役设备构件中的危险部位，大多只能探测出设备当前状况下缺陷的宏观尺寸，在评价材料力学性能（如真应力-应变曲线、屈服强度、抗拉强度）上存在不足。取样试验则是在危险部位取样进行试验，属于破坏性力学性能测试，通过取样试验可以了解设备长期运行后力学性能的水平和变化，但该方法不适合用于服役中的设备。球压痕法正是在这一背景下快速发展起来的一种具有无损特性、能够准确可靠评价金属材料拉伸性能的新型试验方法。

1951年，Tabor发现压痕平均接触压力与相对压痕尺寸a/R的关系(a和R分别为压痕投影圆半径和球压头半径)和大多数金属材料应力-应变的关系相似；基于Tabor的发现，Haggag及其研究小组提出了ABI（automated ball indentation,自动球压痕）技术，在ABI技术的基础上，更多研究人员陆续加入到了研究球压痕法的行列中。

目前国内对该领域的研究报道很少。之前，华东理工大学的关凯书教授等人利用软件ABAQUS实现了球压痕试验的有限元模拟，并探讨了不同压头刚度对试验结果的影响，为球压痕试验的实际运用提供了参考和指导。16MnR钢是我国压力容器常用钢，因此关教授等人对此钢进行球压痕试验（利用球形压头对试样表面同一位置进行多次加载局部卸载循环的试验）来测试其拉伸性能，重点分析不同压痕试样厚度和不同球压头直径对拉伸性能的影响，并与常规拉伸试验结果进行对比，得到了以下结论：

（1）在相同的试验条件下进行多次球压痕试验获得的压痕载荷-深度试验曲线重合度高，表明球压痕试验具有很高的可重复性；

（2）球压痕试验对试样厚度的要求不高，压痕试样厚度可以薄至1.5mm；

（3）选用0.5mm和1mm两种直径的球压头进行球压痕试验，获得的压痕载荷-深度试验曲线差别比较明显；但通过试验曲线转化获得的一系列表征应力应变的点的变化趋势几乎一样，并与常规拉伸试验获得的真应力-真应变曲线高度吻合，计算得到的拉伸强度与常规拉伸试验获得的拉伸强度的偏差小，表明这两种直径的球压头都能有效评估材料的拉伸性能。

综上可知，球压痕法能够准确、基本无损地测出试验钢的拉伸性能，其结果与常规拉伸试验的结果比较符合。


来源：《机械工程材料》2015年第1期