Устройство для исследования микромеханических свойств материалов

 

Изобретение относится к испытанию материалов, а именно к измерениям микротвердости , микрохрупкости и др. методом вдавливания или царапания образца. Цель изобретения - повышение точности контроля и снижение трудоемкости измерений. Устройство содержит блок микроперемещений индентора, включающий пьезокерамические узлы со штоками, упругие кольца с тензодатчиками и электронную схему, включающую тензоста«цию, компаратор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микро- ЗВМ, цифроаналоговый преобразователь, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения. Повышение точности достигается за счет обеспечения равномерного нагружения, а снижение трудоемкости - за счет автоматизации процесса измерений. 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)s G 01 N 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750910/28 (22) 1 7.10.89 (46) 30.08.92, Бюл. N. 32 (71) Волжский филиал Всесоюзного научноисследовательского института абразивов и шлифования (72) В.Ф.Бердиков, O.È.Ïóøêàðåa и Т.С.Руденченко (56) Авторское свидетельство СССР

N 836567, кл, G 01 N 3/42, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹i 676908, кл. 6 01 N 3/46, 1976, Авторское свидетельство СССР

N 684281, кл. 6 01 N 3/46, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования микромеханических свойств материалов (микротвердости, микрохрупкости и др.) методами вдавливания и царапания.

Широко известны устройства для исследования микрамеханических свойств материалов методом вдавливания, в частности, устройство, содержащее корпус. на котором установлены с возможностью качания предметный стол для образца, и плоскопараллельные пружины, на которых закреплен индентор в виде штока с наконечником на одном конце и противовесом на другом, датчики для измерения нагрузки и глубины погружения и ндентора, взаимодействующие со штоком, узел регистрации в виде двухко,, Ы,, 1758499 А1 (57) Изобретение относится к испытанию материалов, а именно к измерениям микротвердости, микрохрупкости и др. методом вдавливания или царапания образца, Цель изобретения — повышение точности контроля и снижение трудоемкости измерений. Устройство содержит блок микроперемещений индентора, включающий пьезокерамические узлы со штоками, упругие кольца с тензодатчиками и электронную схему. включающую тензостанцию, компаратор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микро3ВМ, цифроаналоговый преобразователь, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения. Повышение точности достигается за счет обеспечения равномерного нагружения, а снижение трудоемкости — эа счет автоматизации процесса измерений. 2 ил. ординатного регистратора, функциональный генератор. сумматор и согласователь уровня сигналов.

Недостатком данного устройства является то, что результаты измерений в виде диафрагмы нагрузка-глубина внедрения требуют дальнейшей обоаботки для расчета искомых параметров, что в значительной мере усложняет процесс измерений, снижает его производительность. К тому же известное устройство позволяет проводить измерения только методом вдавливания и при исследовании методом царапания возникает необходимость в другом устройстве.

Наиболее бл из ким по техн ичес кой сущности к заявляемому является устройство для исследования микротвердости материалов, содержащее корпус, закрепленные на

1758499

10

20

30

40

55. нем во взаимно перпендикулярных плоскостях пьезоэлектрические узлы со штоками, нагружающее устройство в виде двух упругих колец, расположенных одно над другим и соединенных между собой перемычкой, с которой взаимодействуют штоки пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах; генератор линейно изменяющегося напряжения, источник высокого напряжения, тензометрическую станцию и самописец, на котором записывается диаграмма зависимости глубины вдавливания от нагрузки и при склерометрии зависимость нормальной и тангенциальной составляющих усилия царапания от глубины царапания.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что не обеспечивается равномерность скорости внедрения индентора в образец при вдавливании или горизонтального перемещения индентора в процессе царапания образца. Обработка результатов измерений также длительна и трудоемка.

Целью изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее корпус, закрепленные на нем во взаимно перпендикулярных плоскостях пьезоэлектрические узлы со штоками, нагружающий механизм выполненный в виде двух упругих колец, расположенных в одной плоскости, одно над другим, и соединяющей их перемычки, предназначенной для взаимодействия со штоками пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах, индентор, тенэостанцию, входы которой соединены с тензодатчиками, и последовательно соединенные генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими узлами, согласно изобретению снабжено соединенными последовательно коммутатором, аналого-цифровым преобразователем и микро-3ВМ, компаратором, вход которого соединен с тензодатчиками а выход — с

> управляющим входом коммутатора, и цифроаналоговым преобразователем, вход ко. торого соединен с блоком вывода микро-ЭВМ, а выход — со входом генератора линейно изменяющегося напряжения.

На фиг,1 показана блок-схема устройства для исследования микромеханических свойств материалов; на фиг.2 — схема нагружающего механизма.

Устройство содержит блок микроперемещений 1. включающий два пьезоэлектрических узла 2, 3. нагружающий механизм в виде двух упругих колец 4, 5 с жесткой перемычкой 6, на которую давят при своем удлинении пьезоэлектрические узлы 2, 3 через штоки 7, 8, тензодатчики 9 — 12, закрепленные на упругих кольцах 4, 5, индентор 13, столик с испытуемым образцом 14, тензометрическую станцию 15, компаратор 16, вход которого соединен с тензодатчиками

9 — 12 блока 1 микроперемещений, а выход с коммутатором 17, вход которого соединен с тензостанцией, аналого-цифровой преобразователь 20, генератор линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22, выход которого соединен с пьезоэлектрическими узлами 2, 3. Результаты измерений фиксируются блоком вывода

23, включающим дешифратор и индикатор, Устройство работает следующим образом.

В память микро-3ВМ 19 вводят исходные данные о глубине и скорости внедрения индентора 13 в образец 14 или о глубине внедрения и скорости горизонтального перемещения индентора по поверхности образца, в зависимости от метода, которым будут проводиться испытания. Индентор подводят вручную к поверхности образца и включают микро-ЭВМ 19 на режим измерений, Получив сигнал на разрешение работы, микро-3ВМ подает на входы цифроаналогового преобразователя 20 серию импульсов, которые преобразовываются в аналоговый сигнал, поступающий на вход генератора линейно изменяющегося напряжения 21, который в свою очередь управляет источником высокого напряжения 22, выходы которого подключены к пьезоэлектрическим узлам 2, 3.

При испытании образца по методу вдавливания напряжение подается на пьезоэлектрический узел 2, он удлиняется и через шток 7 давит на перемычку 6,.индентор 13 при этом перемещается вниз. В местах наклейки тензодатчиков 9 внутренние волокна кольца 4 растягиваются, а наружные сжимаются. Деформация волокон приводит к изменению сопротивления тензодатчиков 9, собранных вмостовую схему,,На диагонали моста появляется напряжение раэбаланса, которое усиливается тензостанцией 15 и подается на коммутатор 17. В момент касания индентором 13 поверхности образца 14 начинается деформация волокон в точках наклейки тенэодатчиков 10, напряжение разбаланса мостовой схемы тензодатчиков

10 передается на коммутатор 17. 8 ûõîä компаратора 16 подключен к входу разрешения

1758499 прохождения сигналов коммутатора 17. Таким образам коммутатор 17 начинает пропускать сигналы только в момент касания индентором образца. Далее сигналы преобразуются аналого-цифровым преобразователем 18 в цифровую форму, подаются на входы микро-3ВМ 19 и записываются в ее памяти. Микро-Э BM 19 отслеживает сигнал вертикального перемещения индентора 13, поступающий при разбалансе моста, собранного на тензодатчиках 9, и корректирует с помощью обратной связи цифроаналоговый преобразователь 20, генератср линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22, пьезоэлектрический узел 2 нагрузку на шток

7. Таким образом скорость внедрения индентора 13 в образец 14 поддерживается постоянной. При достижении заданной глубины внедрения индентора 13 в образец 14 микро-3НМ 19 снимает нагрузку и после возвращения индентора в исходное положение производит вычисления по программе и результат поступает на устройство вывода 23.

При испытании образца царапанием микро-ЭВМ 19 через цифроаналоговый преобразователь 20, генератор линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22 подает напряжение на пьезоэлектрический узел 2, индентор

13 внедряется в образец 14 на заданную глубину, при достижении которой микро3ВМ 19 посылает команду подачи напряжения на пьезоэлектрический узел 3, он удлиняется и через шток 8 давит на жесткую перемычку 6, индентор 13 начинает перемещаться в горизонтальном направлении, Сигнал горизонтального перемещения индентора 13 (длина царапины) снимается с диагонали мостовой схемы, собранной на тензодатчиках 11, усиливается в тензостанции 15 и через коммутатор 17 передается на аналого-цифровой преобразователь 18, далее на входы микро-ЭВМ 19. С диагонали мостовой схемы, собранной на тензодатчиках 12, поступает сигнал, представляющий собой тангенциальную составляющую силы царапания, этот сигнал также передается на входы микро-ЭВМ 19. Сигналы в цифровой форме записываются в ячейках памяти микро-ЗВМ 19, а сигнал горизонтального перемещения индентора 13 отслеживается и в соответствии с его изменением корректируется напряжение на пьезоэлектрическом узле 3, т.е. нагрузка на шток 8 поддерживается таким образом, чтобы скорость горизонтального перемещения индентора 13 по поверхности образца 14 была равномерной.

При достижении максимальной величины напряжения на пьезоэлектрическом узле 3 микро-ЭВМ отключает его и при нулевом значении этого напряжения отключает на5 пряжение, поданное на пьезоэлектрический узел 2. После возвращения индентора

13 в исходное положение микро-3ВМ производит вычисления по программе и выводит результат на блок 23. Устройство

10 позволяет автоматически контролировать величину микротвердости, микрохрупкости и других микромеханических свойств образца непосредственно в процессе внедрения индентора в образец при испытании вдав15 ливанием, либо в процессе горизонтального перемещения индентора по поверхности образца при испытании царапанием.

Положительный эффект предлагаемого

20 устройства по сравнению с известным по прототипу заключается в повышении точности измерений за счет автоматической фиксации начала измерения и равномерного внедрения в образец или равномерного го25 ризонтального перемещения индентора по поверхности образца, а также снижение трудоемкости измерений за счет исключения операций ручной обработки результатов.

30 Формула изобретения

Устройство для исследования ми кромеханических свойств материалов, содержащее корпус, закрепленные на нем во взаимно перпендикулярных плоскостях

35 пьезоэлектрические узлы со штоками, нагружающий механизм, выполненный в виде двух упругих колец, расположенных в одной плоскости, одно над другим, и соединяющей их перемычки, предназначенной для

40 взаимодействия со штоками пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах, индентор, тензостанцию, входы которой соединены с тензодатчиками, и последовательно соединенные

45 генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими узлами, отл и ча ю щеес я тем, что, с целью повышень.я точности контроля

50 и снижения трудоемкости измерений. оно снабжено соединенными последовательно коммутатором, аналого-цифровым преобразователем и микроЭВМ. компаратором, вход которого соединен с тензодатчиками, 55 а выход — с управляющим входом коммутатора, и цифроаналоговым преобразователем, вход которого соединен с блоком вывода микроЭВМ, а выход — с входом генератора линейно изменяющегося напряжения.

1758499

Составитель Н.Кияненко

Техред М,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор О.Спесивых

Производственно-издательский комбинат Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2993 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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