1，在維氏壓痕試驗過程中，當壓頭的垂直載荷值大于K9光學玻璃的臨界載荷值時，會在壓痕變形區(qū)域下方產(chǎn)生中位裂紋，如圖1，由于塑性變形區(qū)域長度相對于中位裂紋長度較小，可由c近似代替中位裂紋深度。壓痕試驗所產(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。
超聲振動維氏壓痕實驗裝置搭建在自行研制的精密運動平臺上，壓痕對象為K9光學玻璃（工件尺寸：15 mm×15 mm×5 mm），壓頭采用V6標準維氏金剛石壓頭。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，三向力傳感器安裝在超聲振動裝置下方，用于測量Z方向壓痕垂直載荷的數(shù)值。
2，進行壓痕實驗時，首先進行工件對刀，控制壓頭沿著Z軸反方向運動，當力信號出現(xiàn)跳動時表示壓頭和工件表面恰好接觸，則停止壓頭運動，完成對刀；壓頭在下壓過程中保持勻速并在達到指定進給深度后停止進給，在保持10 s后卸載。實驗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)備中反復清洗整個工件的上下表面，置于通風無塵處晾干后，利用基恩士VR-3000系列測量激光顯微鏡測量工件表面微觀數(shù)據(jù)用來分析。
3，磁性復合流體(Magnetic Compound Fluid, MCF)拋光不會在材料表面、亞表面產(chǎn)生新的損傷，因此設(shè) 計MCF拋光實驗檢測維氏壓痕的中位裂紋深度。首先將壓痕點置于拋光輪在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對拋光液補水一次，以保持其穩(wěn)定的流變性。根據(jù) 實驗前所標定的材料去除率為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。當中位裂紋臨近消失時改為每5 min取下觀察一次，直至中位裂紋 完全消失，并記錄拋光所用時間。
4， 超聲振動維氏壓痕實驗結(jié)束后使用基恩士VR-3000系列形狀輪廓測量顯微系統(tǒng)，將K9光學玻璃試件 清洗烘干后置于載物臺上，移動鏡頭，完成對焦，觀察得兩種加載條件下的K9光學玻璃試件維氏壓痕變 形區(qū)域形貌。在未施加超聲振動條件下，當垂直載荷數(shù)值較小時，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)榇嘈詳嗔眩瑐?cè)向裂紋擴展的同時也形成了幾個明顯的剝離區(qū)域。當施加超聲振 動時，垂直載荷值較小時，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 展和表面損傷程度增長趨勢較為緩慢。兩種條件下的壓痕變形區(qū)域形貌存在明顯不同，施加超聲振動后 工件表面的壓痕變形區(qū)域均被明顯地拉長并且出現(xiàn)刮擦的外貌特征，且刮擦方向與超聲振動方向平行。 綜上可知，施加超聲振動條件下，雖然在垂直載荷較小時，工件表面已形成脆性去除，但隨著載荷的增 加，表面損傷程度增長趨勢相對較為平穩(wěn)，同時材料去除率有所提高。
5，進行K9光學玻璃超聲振動維氏壓痕實驗，利用磁性復合流體拋光方法檢測壓痕中位裂紋深度，根據(jù) 實驗結(jié)果，對傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)壓痕應(yīng)力場中位裂紋深度模型進行兩次系數(shù)修正，獲得適合超聲振動維氏壓痕的 中位裂紋深度模型。基于斷裂韌性，通過實驗計算靜、動態(tài)斷裂韌性獲得常規(guī)和超聲振動條件下的一次 修正系數(shù)χ分別為0.08和0.06，獲得超聲振動對壓痕中位深度裂紋所造成的影響差異。針對外界實驗條件 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)值進一步計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。實驗結(jié)果表明通過一、二次系數(shù)修正獲得的超聲振動壓痕中位裂紋深度模型對超 聲振動維氏壓痕具有良好的識別度。下一步工作將擴大材料種類和實驗樣本，進一步完善該壓痕中位裂 紋深度模型的適用范圍。
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