Прибор для испытаний материалов на микротвердость

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 и 3/46

СУД С BE НОЕ ПАТЕНТНОЕ

OMCTBO СССР

В A (Г

СПАТЕНТ СССР)

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21 (22 (46 (71 ск ст (72 ки, (56

N А

N 8 (54 П

ЛО (57) 1= но де вда для ких бор дат

4816775/28

19.04.90

07.02,93, Бюл. N. 5

Киевский институт инженеров гражданй авиации и Институт химии поверхноАН УССР

B,В.Запорожец, И.M.Çàêàåå и Ю.А,НИин

Авторское свидетельство СССР

73581, кл, 6 01 N 3/42, 1973. втсрское свидетельство СССР

6316, кл. G 01 N 3/46, 1973, РИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ MATFРИАHA МИКРОТВЕРДОСТЬ

Изобретение относится к испытательтехнике, а именно к устройствам опреения микротвердости по глубине ливания, и может быть использовано исследований, оценки и контроля тонповерхностных слоев материалов, При-. содержит электромагнит с якорем; ик перемещения, индентор, упругие

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам определ ния микротвердости по глубине вда ливания индентором, и может быть испол зовано для исследования и контроля пок ытий, тонких поверхностных слоев матер алов. звестен микротвердомер, в котором изм рение микротвердости основано на измер нии диагонали отпечатка, образующегося в образце при внедрении индентора. едостатком известного "икротвердомер является низкая точность измерения из-з использования неавтоматизированного процесса вдавливания индентора, от-!.. Ж 1793294А1 пружины, траверсу, блок управления, причем якорь электромагнита выполнен в виде постоянного магнита, размещенного внутри и снаружи катушки электромагнита, а датчик перемещения выполнен в вйде дифференциально соединенных катушек индуктивности с якорем, подключенных к катушке электромагнита и-устройству регистрации посредством блока управления. Катушка электромагнита подключена к устройству рег.|страции и программному блоку посредством блока управления и соединена с якорем датчика перемещения и индентором посре ством штока. Якорь электромагнита и корпус катушек индуктивности датчика перемещения соединены с траверсой. Предлагаемое изобретение позволяет расширить диапазон измерений микротвердости материалов при малых нагрузках, а также реализовать исследования при программном и циклических режимах нагружения. 1 ил.

О сутствия возможности фиксирования мо- (A мента касания индвнтора с испытуемой по- К) верхностью материала и определения: 0 истинной глубины внедрения индентора. ф

Известен прибор для исследования микротвердости, содержащий жесткий ин-. дентор, нагружающие пружины, датчики для регистрации нагрузки и глубины внедрения индентора; самопишущий прибор, делитель напряжения, включенный между датчиком и самопишущим прибором, последовательно соединенные усилитель, спусковое устройство и триггер с исполнительным реле, рабочие контакты которого подключены параллельно делителю напряжения.

1793294, Недостатком известного устройства является низкая точность измерения микротвердости, обусловленная использованием механотронных преобразователей, стабильность работы которых не обеспечивается из-за колебаний температуры, инерционность системы нагружения и разгружения из-за использования шарнирнорычажных механизмов, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является прибор для измерения микротвердости (см. авт.св. М 386316, МКИ

G 01 и 3/46, 1973), содержащий индентор, нагружающее устройство, выполненное в виде электромагнита с якорем, подключенного к нему блока нарастающего тока, снабженного регулятором скорости нагружения, датчик перемещения индентора, снабженный сигнализатором достижения заданной глубины, механизм перемещения образца, микроскоп, отсчетное устройство; причем якорь нагружающего электромагнита совмещен с тубусом микроскопа, Недостатками известного прибора яв-. ляются низкая точность измерения микротвердости из-за использования утяжеленной системы нагружения (конструктивного совмещения якоря, электромагнита, внедряющегося индентора, датчика перемещения, следящего рычага и тубуса микроскопа); невозможность исследования микротвердости материалов при программной и циклических нагружениях из-за отсутствия возможности регулирования процесса разгружения; ограниченные возможности по реализации метода измерения микротвердости из-за использования индентора с углом при вершине 90 и менее и ограничений по регистрации глубины внедрения индентора (10 — 15 мкм). . Целью изобретения является расширение диапазона измерений при малых нагрузках и функциональных возможностей исследования.

Поставленная цель достигается тем, что прибор для испытаний материалов на микротвердость содержит электромагнит с якорем, датчик перемещения, индентор, упругие пружины, траверсу, блок управления, причем якорь электромагнита выполнен в виде постоянного магнита, размещенного внутри и снаружи катушки электромагнита, а датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных катушек индуктивности с якорем, подключенных к катушке электромагнита и устройству регистрации посредством блока управления. причем катушка электромагнита подключена к устройству регистрации и программному блоку посредством блока управления и соединена с якорем датчика перемещения и индентором посредством штока, а якорь электромагнита и корпус ка5 тушек-индуктивности датчика перемещения соединены с траверсой, Предложенное техническое решение позволяет расширить диапазон измерений микротвердости при малых нагрузках за

"0 счет облегчения системы нагружения и произвести исследования микротвердости при программном и циклических нагружениях за счет использования низкоинерционного автоматизированного управления процес"5 сом нагружения и разгружения.

На чертеже представлена структурная схема прибора.

Прибор для испытаний материалов на микротвердость содержит катушку электро20 магнита 1, якорь электромагнита 2 соединен с постоянным магнитом 3 и размещен внутри и рнаружи катушки электромагнита 1.

Якорь электромагнита 2 соединен с траверсой 4. Катушка электромагнита 1 соединена с якорем 5 датчика перемещения 6 и индентором 7 посредством штока 8. Шток 8 с помощью плоских упругих пружин 9 соединен с траверсой 4, Корпус датчика перемещения 6 соединен с траверсой 4.

30 Дифференциально соединенные катушки индуктивности датчика перемещения 6 подключены посредством блока управления

10 к устройству регистрации 11 и катушке электромагнита 1, которая подключена к ус35 тройству регистрации 11 и программному блоку 12 с помощью блока управления 10.

Образец 13 установлен на столике 14 и может перемещаться в горизонтальной плоскости вручную или автоматически.

40 Прибор работает следующим образом.

Перемещением траверсы 4 выбирают йеобходимую высоту зазора между индентором 7 и образцом 13, который закрепляют на столике 14.

После включения прибора катушка электромагнита 1 занимает нейтральное положение. С помощью программного блока

12 задают закон изменения тока для режима нагружения и разгружения (синусоидальный, треугольный, прямоугольный). амплитуду тока (уровень нагружения), частоту тока (скорость нагружения), количество повторно-статических или циклических нагружений, время выдержки.

Посредством блока управления 10 подают ток на катушку электромагнита 1, которая начинает опускаться, перемещая вниз шток 8с индентором 7 и якорь 5 датчика перемещения, В момент касания индентора 7 с образцом 13 осуществляется

1793294

40 в IcTBBëåíèå "0" нагрузки..От катушек инд ктивкости датчика перемещения 6 электр ческий сигнал в момент касания и дентора образца поступает в блок управл ния 10, где осуществляется уменьшение а плитуды управляющего сигнала, поступаю цего с программного бл ка 12 к катушке э ектромагнита 1 на величину соответствую ей уровню упругих деформаций пружин

9 относительно траверсы 4.

В процессе нарастания тока до заданн ro уровня и одновременного процесса угл бления индентора 7 в образец 13 в у тройство регистрации 11 поступают два с гнала. Один сигнал от катушек индуктивн сти датчика перемещения 6, фиксируюий изменяющийся уровень глубины в едрения индентора 7 в образец 13, а друг и сигнал откатушки электромагнита 1, фикс рующий изменя ющийся уровень и тинной нагрузки, После выполнения заданной программ i нагружения с программного блока 12 и дается сигнал в блок управления 10, где и оисходит изменение полярности тока, под ваемого на катушку электромагнита 1, В р зультате катушка электромагнита 1 начин ет плавно подниматься и перемещает в ерх шток 8 с индентором 7. После уменьшения уровня тока до нуля с программного б ока 12 подается сигнал в блок управления

1 для последующей реализации заданной и ограммы по внедрению индентора 7 в о разец 13.

Пример. Для применения якоря э ектромагнита сложной формы использую постоянный магнит, который закрепляег в центре цилиндрического стального ! !

Формула изобретения

Прибор для испытаний материалов на м кротвердость, содержащий шток с индент ром на конце. механизм перемещения образца, датчик перемещения индентора, электромагнитное нагружа|ощее устройствО, взаимодействующее со штоком, регистратор и блок управления, выход которого соединен с датчиком перемещения индентора. а выход — с регистратором, о т л и ч а юЩ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных вфзможностей, он снабжен программным блоком, датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных соосн (х катушек индуктивности и раэмещенноr0 в зазоре между ними якоря, закрепленного на штоке, электромагнитное нагружающее устройство выполнено в виде стакана диаметром 50 мм и толщиной 3 мм.

Катушка электромагнита диаметром 16 мм, имеющая две рабочие обмотки сопротивления 5 Ом, закрепляется на дюралюминиевом штоке диаметром 4,2 мм. С другой стороны штока вставляют индентор (разной формы), который крепится к штоку с помощью винта, К штоку посредством пайки или переходника подсоединяют две упругие пружины из стали толщиной 0,1 мм и якорь датчика перемещения, изготовленного из ленты магнитопровода типа ШЛ, Для изготовления катушек индуктивности датчика перемещения используют сердечйики из карбонильного железа СБ-12, Корпус датчика перемещения и якорь электромагнита соединяют с TpGBBpcoA, например, прибора

ПУТ-3 посредством винтов, В качестве устройства регистрации используют, например, двухкоординатный сВ мописец типа Н вЂ” 307 или стрелочные индикаторы типа 201, Программный блок включает функциональные генераторы, компараторы, формирователь импульсов, триггер Шмитта, повторители напряжений, счетчик, реле времени.

Блок управления включает усилитель, фильтры низких частот, сумматор, набор компенсирующих сопротивлений и конденсаторов, Техническое решение позволяет расширить диапазон измерений уровня микротвердости материалов и покрытий при малых нагрузках, а также реализовать исследования прочностных свойств поверхностных слоев материалов при программном и циклических режимах нагружения. плоских пружин, взаимодействующих со штоком, постоянного магнита с кольцевым зазором и катушки индуктивности, размещенной в кольцевом зазоре и взаимодейст-. вующей со штоком, блок управления выполнен в виде усилителя, вход которого является его первым входом, сумматора, первый вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход является вторым входом блока управления и соединен с вы- ходом программного блока и катушкой индуктивности электромагнитного нагружающего устройства, выход является выходом блока управления, а регистратор выполнен двухкоординатным и его второй вход соединен с катушкой индуктивности электромагнитного нагружающего устройства, 1793294

Составитель Ю,Никитин

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор

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

Заказ 498 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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