Прибор для определения механических свойств материалов

 

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружения индентора, установленный на станине , пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плоскопараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности и производительности испытаний, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, связанной с д корпусом дополнительной парой плос- . (Л копараллельных пружин, упора, расположенного на корпусе и взаимодействую с ющего с опорой, и пары стр5П1, концы которьЕх закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки вьшолнены в ввде второй пары струн, концы которых закреплены На штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитом, охватывающим все струны. 4 | со ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.1<50 С 01 N 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i) 3630740/25-28 (22) 10.08.83 (46) 30.03.85. Бюл. № 12 (72) А.К.Кулапов, С.И.Булычев, В.И.Шишин, И.Х.Шоршоров, В.П.Алехин, А.Б.Быстров и А.С.Федюнина (71) Специальное конструкторское бюро приборостроения и экспериментального производства Института металлургии им. А.A.Байкова и Институт металлургии им. A.À.Âàéêîâà (53) 620.178.1(088.8) (56) !. Шнырев Г.Д. и др. Приборы для испытания материалов методом записи кинетической диаграммы вдавливания индентора при микронагрузкахт

"Заводская лаборатория", 1974, ¹ 11, с. 1407.

2. Авторское свидетельство СССР

М 836567, кл. С 01 И 3/42,. 1981 (прототип).

„„SU„„1147950 А (54) (57) ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИАТЕРИАЛОВ, соцержащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружения индентора, установленный на станине, пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плоскопараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и производительности испытаний, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, связанной с корпусом дополнительной парой плос- . Е копараллельных пружин, упора, распо- файф ложенного на корпусе и взаимодейству- ющего с опорой, и пары струн, концы которых закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки выполнены в виде второй пары струн, концы которых закреплены на штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитом, охватывающим все струны. фь

4 11479

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов, а имен" но к приборам для измерения микрон макротвердости и других физикомеханических свойств методом вдавлиS в.ания индентора, в том числе к приборам, осуществляющим непрерывную регистрацво процесса вдавливания с нулевых значений глубины отпечатка и нагрузки на индектор. 10

Известен прибор для испытания материалов методом записн кинетической диаграммы вдавливания индентора, В этом приборе датчик глубины отпечатка закреплен на предметном столе и перемещается вместе с ним относительно индентора 1J.

Однако для каждого определенного испытания необходимо датчик выставить по высоте испытываемого образца, развернуть в рабочее положение и закрепить. Кроме того, перед каждым испытанием индентор должен быть установлен на некотором малом расстоянии от образца для обеспечения регистрации момента касания его с образцом.

Это уменьшает производительность испытаний и удобство обслуживания, снижает точность прицельного нанесения отпечатка и определения момента

30 касания индентора с образцом, а также увеличивают вероятность случайной поломки датчика.

Известен прибор для определения механических свойств материалов, со- 35 держащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружения индентора, установленный на станине, пружинную подвеску, соединенную со штоком, и выполненную в виде пары 40 плосконараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему..Измерители нагрузки и глубины отпечатка выполнены в виде датчиков, 45 чувствительные органы которых взаимодействуют со штоком (2).

Недостатками известного прибора являются невысокая точность нанесения прицельного отпечатка и измере- 50 ния его глубины, а также почиженная производительность испытаний из-за необходимости расположения перед началом испытаний индентора над испытываемой поверхностью с определен- 55 ным зазором.

Цель изобретения — повышение точности и производительности испытаний.

50 2

Поставленная цель достигается тем, что в приборе для определения механических свойств материалов, содержащем станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружения индентора, установленный на станине, пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плосконараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, связанной с корпусом дополнительной парой плоскопараллельных пружин, упора, расположенного на корпусе и взаимодействующего с опорой, и па- ры струн, концы которых закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки выполнены в виде второй пары струн, концы которых закреплены на штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитом, охватывающим все струны.

На фиг. 1 изображена кинематнчес-. кая схема прибора;,на фиг. 2 — прибор, .продольный разрез; на Фиг. 3— разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4— разрез Б-Б на фиг. 2, на фиг. 5-8— кинематические схемы различных вариантов выполнения прибора.

Прибор содержит предметный стол шток 2 с индентором 3, узел нагружения индентора 3, установленный на станине (не показана), корпус 4, жестко связанный с узлом 5 нагружения ° Шток 2 и корпус 4 соединены с помощью пары плоскопараллельнын пружин б, концы которых жестко закреплены в корпусе 4. Шток 2 снабжен кронштейнами 7 и 8, а корпус 4 — кронштейнами 9 и 10. Измеритель нагруэки прибора выполнен в виде дифференциального струнного датчика, имеющего пару струн 1I и 12, концы которых закреплены на кронштейнах 7 и 8 штока 2 и кронштейнах 9 и 10 корпуса. В приборе имеется измеритель глубины отпечатка, содержащий опору 13 с наконечником 14 и контргайкой 15, охватывающую шток 2 и связанную с корпусом 4 дополнительной парой плоскопараллельных пружин 1б. В измерителе глубины отпечатка имеется дифференциальный струнный датчик, содержащий пару струн 17 и 18, концы которых закреплены на кронштейнах 19 и 20, выполненных на штоке 2, н кронштейнах 21 и 22, выполненных на опоре 13. Струны 11 и 12, 17 и 18 охва3 114 чены магнитом 23, создающим постоянное магнитное поле, общее для всех струн. Струны 11, 12, 17 и 18 имеют прямоугольное сечение с кратностью ширины и длины порядка 10, что исключает наводку вредных колебаний в других плоскостях. Длина двух струн каждого дифференциального датчика неСколько различна, причем одна из струн нри измерениях удлиняется, другая — укорачивается. Такое выполнение позволяет увеличить линейность датчиков и диапазон измеряемых величин. Вместо струн 11, 12, 17 и 18 могут быть установлены аналогичные по длине проволочные резисторы, при этом необходимость в магните 23 отпадает.

В измеритель глубины отпечатка входит также упор 24, расположенный .на корпусе 4 и взаимодействующий с опорой 13 через кронштейн 21. Разность уровней опорных поверхностей упора 24 и кронштейна 2f относительно места закрепления дополнительных пружин 16 в опоре t3 и корпусе 4, равная величине предварительиога прогиба пружин 16, в 50-200 раз превышает максимальную глубину отпечатка.

В исходном положении перед началом испытания упор 24 и кронштейн 2 1 прижаты друг к другу с усилием, равным

G - gL, где С вЂ” жесткость пружин 16, ДŠ— предварительный прогиб пружин t6.

3азор 1 между нижней сферической поверхностью наконечника 14, которая при испытании контактирует с образцом 25, и вершиной индентора 3 назначается с учетом возможной неплоскостности образца 25 и измеряется величиной порядка 10 мкм.

Для тарировки прибора по нагрузке служит сменный груз 26, устанавливаемый в верхней части штока 2.

Груз 26 служит также для тарировки измерителя глубины,при известной жесткости пружин 6. В корпусе 4 размещен фиксатор 27 для фиксации штока 2 и фиксатор (не показан) для фиксации опоры 13 нри транспортировке прибора, смене индентора 3, сборке гайки с опарой 13, установке необходимого зазора между контактной поверхностью наконечника 14 и вершиной индентора 3 и других вспомогательных операциях.

Варианты выполнения прибора, схемы которых приведены на фиг. 5-8, 7950, 4

f0

55 отличаются от схем на фиг. 1-4. В схеме (фиг. 5) отсутствует измеритель глубины отпечатка. В схеме (фиг. 6) вместо дифференциального струнного датчика измерения глубины отпечатка применен бесконтактный датчик глубины с дифференцирующими звеньями 28 и 29, закрепленными соответственно на опоре 13 и штоке 2.

Схема (фиг. 7) представляет собой сдвоенную схему (фиг. 5), собранную. в корпусе, состоящем из частей 30 и 3f. Опора 32 аналогична по назначению трубчатой опоре 13 и отличается от нее тем, что может быть выполнена в виде стержня сплошного. сечения. Струнные датчики измеряют перемещение штока 2 и опоры 32 относи- тельно корпуса, поэтому глубина отпечатка равна разности перемещений штока 2 и опоры 32, отсчитываемой от момента касания индентором 3 поверхности образца 25. Схема на

Фиг. 8 отличается от схемы на фиг. 7 тем, что шток 2 и опора 32 размещены рядом друг с другом в проcTGM корпусе за счет специальной конструкции пружин 6 и 16. Наибольшую точность имеет прибор, выполненный на основе схемы (фиг. 1) поскольку в этом приборе производится прямое измерение глубины отпечатка с использованием стабильных в работе струнных дифференциальных датчиков нагрузки и глубины отпечатка.

Прибор работает следующим образом.

Корпус 4 сближается с образцом 25 при включении узла 5 нагружения сигнал на датчиках нагрузки и глубины отпечатка не изменяется. После выбора зазора, величина которого перед испытанием устанавливается произвольно, наконечник 14 опоры 13 прижимается своей контактной поверхностью к образцу 25 ° На поверхности контакта наконечника 14 и образца 25 передается усилие предварительно прогнутых пружин 16, которое до этого воспринималось упором 24 и кро"штейном 21.

В ходе дальнейшего испытания усилие прижима наконечника 14 к образцу 25 изменяется незначительно, поскольку прирост в предварительном прогибе пружин 16 при внедрении индентора 3 . в образец 25 не превыпает 2Х, а деформация в контакте наконечника 14 с образцом 25 в 4-6 раз меньше по сравнению с деформацией, когда пред1147950

Ь варительный прогиб пружин 16 перед началом испытания отсутствует.

Момент касания наконечника 14 с образцом 25 фиксируется по изменению сигнала датчика глубины отпечатка.

При дальнейшем движении корпуса 4 выбирается регламентированный зазор 1, и вершина индентора 3 касается поверхности образца 25. 1О

Момент касания индентора 3 и образца 25 фиксируется по изменению сигнала датчика нагрузки, после чего начинается непрерывная регистрация процесса вдавливания индентора, заключающаяся в том, что датчик нагруз— ки регистрирует усилие внедрения индентора 3, а датчик глубины отпечатка регистрирует перемещение индентора 3 относительно опоры 13.

Поскольку зазор между контактной поверхностью. наконечника 14 и вершиной индентора 3 является величиной регламентированной, а моменты касания наконечника 14 и индентора 3 с образцом 25 Фиксируются по изменению сигналов соответствующих датчиков, процесс испытания на приборе может быть автоматизирован.

Предлагаемый прибор позволяет повысить точность измерения глубины внедрения индентора от поверхности образца, увеличить производительность труда за счет устранения необходимости установки зазора между индентором и образцом перед каждым испытанием, а также снизить квалификацию оператора.

20 ф

f3

1147950

1147950

Составитель Н.Шпунькин

Техред Л.Коцюбняк Корректор, Редактор Е.Копча

Н.Король

I P

Заказ 1567/35 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4