Способ электроакустического импедансного контроля твердости материалов

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю физико-механических свойств материалов путем вдавливания ичдентора, и может быть использовано для неразрушакщего контроля твердости изделий. Цель изобретения - повьшение точности контроля деталей с шероховатой поверхностью за счет уменьшения влияния шероховатости с помощью увеличения амплитуды колебаний индентора. Сущность способа заключается в том, что перед измерением резонансной частоты внедренного резонатора на определенный промежуток времени увеличивают амплитуду его колебаний. При зтом сминаются неровности и измерение частоты при номинальной амплитуде колебаний становится точнее. О твердости судят по изменению частоты до и после внедрения. 2 ил. ,с 9 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И!

{50 4 G 01 N 3/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 37008!2/25-28 (22) 15. 02 .84 (46) 15.06.86. Бюл. У 22 (71) Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) Б. В. Лаврентьев, Л..Л. Каубрак, P. М. Смелянский, Ю. И. Урецкий и И. В. Семенов (53) 620.178.154.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 905725, кл. С 01 N 3/40, 1982.

Патент США У 3153338, кл, 73-67.1, 1964. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСНОГО КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю физико-механических свойств материалов путем вдавливания индентора, и может быть использовано для нераэрушакщего контроля твердости иэделий.

Цель изобретения — повышение точности контроля деталей с шероховатой поверхностью за счет уменьшения влияния шероховатости с помощью увеличения амплитуды колебаний индентора.

Сущность способа заключается в том, что перед измерением резонансной частоты внедренного резонатора на определенный промежуток времени увеличивают амплитуду его колебаний. При этом сминаются неровности и измерение ,Ю частоты при номинальной амплитуде Ж колебаний становится точнее. О твердости судят по изменению частоты до и после внедрения. 2 ил.

1 1237

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю физико-механических свойств материалов путем вдавливания индентора, и может быть использовано для неразрушающего контроля твердости изделий.

Цель изобретения — повышение точности контроля" деталей с шероховатой поверхностью путем уменьшения влияния шероховатости с помощью увеличе- 1О ния амплитуды колебаний индентора.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2— изменение амплитуды и частоты колебаний резонатора в процессе измерений.. 15

Устройство, реализующее способ, содержит магнитострикционный резонатор 1, катушку 2 индуктивности, предварительный усилитель 3, управляемый аттенюатор 4, вход которого соединен 2G с выходом предварительного усилителя 3, выходной усилитель 5, вход которого соединен с выходом управляемого аттенюатора 4, а выход — с,катушкой 2 индуктивности, соединенные последовательно, амплитудный детектор 6, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя 3, узел 7 сравнения и регулятор 8, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 4, пьезоэлемент 9, соединенный с входом предварительного усилителя 3, частотомер 10 вход которого соединен с выходом выходного усилителя 5, индикатор 11, соединенный с частотомером 10, программный эадатчик 12, выход которого соединен с вторым входом узла 7 сравнения, программатор 13, выход которого соединен с входом программного задатчи- IO ка 12. В контролируемое изделие 14 внедряют резонатор 1, нагруженный с другого конца пружиной 15 и массой 16, размещенными в корпусе 17.

Резонатор 1 заканчивается индентором 18. Источник 19 постоянного опорного напряжения соединен с вторым зажимом индикатора 11.

948 2 ческсго управления (САУ) током возбуждения катушки 2. При колебаниях резонатора 1 на обкладках пьезоэлемента 9 возникает электродвижущая сила, поступающая на вход предварительного усилителя 3. Далее сигнал через управляемый аттенюатор 4 и выходной усилитель 5 вновь поступает на катушку 2, что вызывает возникновение в резонаторе 1 незатухающих акустических колебаний (фиг. 2, интервал 0- t/) резонансной частоты, которую измеряют частотомером 10 с индикатором 11 проградуированным в единицах твердости контролируемого изделия 14.

На узел 7 сравнения поступает также напряжение уставки тока возбуждения с выхода программного эадатчика 12, управляемого программатором 13.

Вдавливают резонатор 1 в контролируемое иэделие 14 с определенным усилием„ задаваемой силой сжатия пружины 15,, воздействующей через массу 16 на резонатор 1 и закрепленную в корпусе 17, плотно устанавливаемом при измерении на поверхность контролируемого изделия 14. При этом индентор 18, закрепленный на конце резонатора, внедряется в материал контролируемого изделия на некоторую глубину h, определяемую усилием вдавливания и твердостью материала изделия 14. В соответствии с глубиной внедрения индентора 18 изменяется резонансная частота колебаний резонатора — увеличивается, так как происходит частичное закрепление свободного конца резонатора (фиг. 2, интервал

t(-tg) .

Амплитуда колебаний резонатора (напряжение на пьезоэлементе) при этом поддерживается постоянной с помощью САУ: выходное напряжение предварительного усилителя 3 детектируется амплитудным детектором 6 и сравнивается с установкой эадатчика 12, 50

Способ реализуют следующим образом.

В стержневом магнитострикционном резонаторе 1 возбуждают акустические колебания с помощью катушки 2 индуктивности. Предварительный усилитель 3, управляемый аттенюатор 4, выходной усилитель 5, амплитудный детектор 6, узел 7 сравнения и регулятор 8 образуют систему автоматиПри появлении сигнала рассогласования регулятор 8 отрабатывает этот сигнал и выдает управляющее воздействие на управляемый аттенюатор 4, который изменяет входной сигнал выходного усилителя, а затем ток возбуждения катушки 2, напряжение на пьезоэлементе 9 и т.д. до тех пор, пока сигнал рассогласования не войдет

123 в зону нечувствительности регулятора 8.

После вдавливания резонатора увеличивают амплитуду его колебаний на определенное время путем подачи команды "Измерение на программатор

13, который при этом выдает сигнал на увеличение уставки задатчика 12 на определенное время (фиг. 2, интервал - ). При этом САУ отрабатывает 10 новый уровень амплитуды колебаний резонатора и поддерживает его в течение интервала времени Т, задаваемого программатором 13.

В процессе колебаний резонатора с увеличенной амплитудой усиливается эффект пластического течения материала под действием динамической, пульсирующей и ультразвуковой частотой нагрузки, вследствие чего происходит смятие выступов микронеровностей поверхности и увеличение глубины внедрения индентора 18 до величины

h . При этом в соответствии с увеличением глубины внедрения резонатора д увеличивается и его резонансная частота.

После выдержки времени Т программатор 13 выдает сигнал на уменьшение уставки задатчика 12 до начально-З0 го уровня (фиг. 2, интервал t †) .

САУ отрабатывает новый уровень амплитуды колебаний резонатора и под- держивает его до окончания цикла измерения. Резонанская частота колебаний в этом режиме (интервал й,1 .35 оо) выше, чем до увеличения амплитуды колебаний (интервал t 1 ), и определяется глубиной внедрения резонатора в момент времени и (при уменьшении амплитуды колебаний эффект пластического течения ослабляется и изменением частоты в интервале и — оо пренебрегают) .

Стабилизация амплитуды колебаний 45 резонатора позволяет нормировать дополнительное динамическое воздействие на материал контролируемого изделия и обеспечить работу резонатора без отрыва его индентора от

50 поверхности контролируемого изделия (путем предварительного выбора величин уставок задатчика), так как при отрыве индентора в процессе коле7948 4 баний резонатора (в верхней точке колебания) имеет место удар индентора о поверхность изделия, что приводит к ненормируемому динамическому воздействию на материал изделия и может повредить .индентор, а также вызывает сильные нелинейные искажения сигнала на входе частотомера, что приводит к ошибкам в из мерении частоты (и твердости из- . делия).

Измеряют резонансную частоту колебаний резонатора после внедрения и увеличения амплитуды его колебаний (на участке с > -aa, фиг. 2) с помощью частотомера 10 с индикатором 11. Определяют разность этой частоты и частоты до внедрения резонатора (участок О-t<, фиг. 2), по которой судят о твердости контролируемого изделия 14. При соответствующей градуировке индикатора 11 твердость изделия отсчитывают по его шкале., Второй зажим индикатора соединяют с источником 19 постоянного опорного напряжения Up@ равного выходному напряжению частотомера до внедрения резонатора. При этом показание индикатора в режиме "Измере!

1 ние пропорционально разности частот до и после внедрения резонатора.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ электроакустического импедансного контроля твердости материалов, заключающийся в том, что возбуждают в резонаторе акустические колебания, измеряют их резонансную частоту, вдавливают с определенным усилием резонатор в контролируемое изделие, повторно измеряют резонансI ную частоту и по разности резонансных частот судят о твердости изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля деталей с шероховатой поверхностью, перед повторным измерением резонансной частоты после вдавливания.резонатора увеличивают амплитуду его колебаний на определенное время, а затем уменьшают амплитуду до начального уровня.

1237948

„Измерена

Фие. 2

Составитель А.. Паникленко

Техред B.Kàäàð Корректор E. Рошко

P едак тор Н . Швь дк ая

Заказ 3281/43 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предпри ятие, г,. Жгород, ул. Проектная, 4