Устройство для исследования свойств металлов и сплавов

 

ОП ИСАНИИ

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсник

Социал истическик

Рес ублик

G 01 N 25/02. с присоединением заявки М

Государственный комнтет

ССС1 но делам изобретениИ и открытий (23) Приоритет (53) УДК 620.181 (088.8) Опубликовано 15.04.82. Бюллетень Ле 14

Дата опубликования описания 15 .04 .82

1 " ..-- .

Е.И. Савицкий, И.В. Буров, Н.А. Томилин, К.П. Бондаренко, А.К. Кулапов и B.È. Шиш 1

Институт металлургии им. А.А. Байкова AH CCCP,и Специальное конструкторское бюро прибо1йтс роещд и экспериментального производства Института металлургйй ==им. А.А. Байкова АН СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ИЕТАЛЛОВ

И СПЛАВОВ

1 !

Изобретение относится к измери° тельной технике и предназначено для синхронного исследования микрострук- туры, электросопротивления, темпе": ратурного коэффициента линейного . расширения (ТКЛР), точки плавления, а также проведения термического анализа на одном экспериментальном образце малых размеров.и может быть использовано в металловедении и физических лабораториях для исследования свойств металлов и сплавов.

Известна конструкция экспериментальной установки для одновременного исследования электросопротивления, теплового расширения и намагниченности на одном образце (13.

Однако эта установка не позволяет устанавливать взаимосвязь изменения этих свойств с изменением микроструктуры образца, а также температурная область проведения исследований на этой установке недостаточно велика, так как ограничивается тем2 пературои размягчения кварца (1100оC) из которого выполнен узел крепления образца °

Известны также установки для наблюдения измерений микроструктуры образца при механических испытаниях в процес е нагрева (2 ..

Но эти установки не позволяют получать одновременно комплекс других свойств 1например, температурного то коэффициента линейного расширения, электросопротивления и др). Кроме того, для .исследований необходимо использовать образцы достаточно больших размеров и сложной конфи", т5 гурации.

Наиболее близким техническим ре" шением к предлагаемому является уст1 ройство для исследования свойств ,металлов и сплавов, содержащее вакуумную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для нагрева образца, датчики перемещения

920485

/ и температуры, дилатометр со стержнем и регистрирующий прибор. Измерение электросопротивления образца в процессе нагрева осуществляется потенциометрическим способом, определение температуры плавления — оптическим пирометром, а наблюдение микроструктуры - с помощью высокотемпературного микроскопа, При этом тепловое расширение регистрируется датчиком дилатометра, который взаимодействует с образцом .через передающий стержень, контактирующий с подвижным вольфрамовым держателемф

Медостатком данного устройства является низкая точность измерения теплового расширения образца, так как датчик дилатометра регистрирует сигнал суммарного теплового расшире- ния образца, вольфрамовых держателей и стержня дилатометра, причем, тепловое расширение держателей и стержня дилатометра в суммарном сиг.нале может быть оценено лишь приблизительно, так как зависит от ряда факторов — величины тока, проходящего через образец и держатели, электросопротивления образца, скорости нагрева и температуры водоохлаждаемых токовводов.

Целью изобретения является повышение точности измерения температурного коэффициента линейного расширения при исследовании комплекса свойств на одном образце малых размеров в диапазоне температур от комнатной до 2500ОС.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для исследований свойств

-металлов и сплавов, содержащем вакуумную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для . нагрева образца, датчики перемещения и температуры, дилатометр со стержнем и регистрирующий прибор; дилатометр. снабжен дополнительным. стержнем, ось которого расположена перпендикулярно оси образца, находящегося между торцами держателей, подвешенных на струнах и снабженных гнездами, в которых расположены подпружиненные к одинаково расположенным рабочим поверхностям этих гнезд

-стержны дилатометра, противополож-ные концы стержней связаны с регулируемыми.шарнирными опорами и контактируют с чувствительными элементами датчиков перемещения, соединенных

4 с регистрирующим прибором, причем оси стержней совпадают с плоскостя-. ми торцов образца причем, стержни дилатометра выполнены из тугоплавкого материала, например, молибдена.

Введение дополнительного стержня дилатометра и,расположение, стержней перпендикулярно оси образца и держателей указанным образом позволяет в исключить тепловое расширение стержней и держателей при регистрации сигнала.

На фиг. 1 показано предложенное устройство, общий вид; на фиг.2 схема измерения теплового расширения.

Экспериментальный образец 1 зажимается между двумя держателями 2 и 3, выполненными из молибдена, которые имеют контактные площадки 4 для установки образца и гнезда 5 для закрепления стержней б и 7 дилатаметра. Концы стержней, выполненных из молибденового прутка, диаметром

2 мм подпружинены к одинаково рас-положенным рабочим поверхностям гнезд при помощи пружин 8, а другие конца стержней связаны с регулируемыми шарнирными опорами 9. Стержни дилатометра контактируют с чувствительными элементами датчиков перемещения 10 и 1.1.

Держатели образца 2 и 3 закрепляются в медных зажимах 12, подве, шенных на четырех струнах из молибденовой проволоки 13, к водоохлаждаемым электродам 14 и соединенных между собой электрически при помощи гибких медных шин 15. Один из держателей 2 является неподвижным,так как поджат к держателю устройства винтом 1б.

В образце выполнено глухое сверление 17, служащее для измерения температуры образца пирометром 18.

К середине образца приварена точечной сваркой термопара 19, а симметрично ей на расстоянии 3-4 ммпотенциальные выводы 20 для измерения электросопротивления. Образец

50 расположен в вакуумной водоохлаждаемой камере 21, снабженной. смотровыми окнами 22 для пирометра и микроскопа 23. К рабочей камере подключена система напуска газа 24 для

55 закалки образца с определенной температуры. Для повышения точности измерения электросопротивления образца в устройство введено эталонное сопро-, тивление 25 с потенциальными вывода9204 ми 26, подключенное последовательно с образцом к источнику тока 27, Устройство работает следующим образом.

Образец 1 с приваренными термопарой 19 и потенциальными выводами ,20 устанавливается в рабочую камеру

21 между держателями 2 и 3. Регулируемыми шарнирными опорами 9 устанавливают "нули" датчиков перемеще- >0 ния 10 и 11.

Нагрев образца производится источником тока 27 по заданной программе, при этом датчиком 10 регистрируется тепловое расширение держателя 2, а 15 датчиком 11 суммарное тепловое расширение держателя 2 и образца

Разностный сигнал датчиков перемещения, являющийся функцией теплового расширения образца, поступает íà 20 систему регистрации, куда также по. ступают сигналы с термопары 19 и потенциальных выводов 20 и 26.

Микроструктуру -образца при нагреве наблюдают при помощи микроскопа 2s

23, а точку плавления определяют пирометром 18. При напуске закалочного газа через систему 24 образец может.. быть закален от любой температуры, при этом производится наблюдение за зо изменением измеряемых физических свойств во время и после закалки.

Регистрация измеряемых сигналов производится как стандартными самопищущими потенциометрами типа КСП, так и цифровой измерительной системой типа К 484/2, осуществляющей вывод информации на цифропечатающее устройство или непосредственный ввод ее в ЭВМ. с целью ускорения получаемых 40 результатов. Предложенное устройство позволяет проводить комплекс исследований на одном образце в широком интервале. температур - от комнатной до 2500 С, 1 а при определении температуры плавления - до 3500 С, при различных скоростях нагрева и охлаждениЙ (20 град./мин †. 1000 град/мин.)..

Конструкция держателей образца позволяет исследовать образцы малой длины в виде параллелепипеда (например, сечением 2х2 мм и длиной 1020 мм), так как образец помещается не в .зажимах, а удерживается за счет сил трения между держателями, которые сами разогреваются проходящим током и уменьшают неравномерность распределения температуры вдоль образца, 85 повышая тем самым точность исследований. Особенно эффективно предложенное устройство может быть применено в металловедении и металлургии при построении фазовых диаграмм состояния и разработке новых сплавов на основе редких металлов, для которых возможность экспериментального исследования свойств на малых образцах имеет существенное значение.

Более высокая точность измерения

ТКЛР при исследовании комплекса свойств с помощью предложенного устройства, по сравнению с известным, позволяет использовать дилатометрические данные как для изучения фазовых превращений в твердом состоянии, так и для разработки сплавов с заданным ТКЛР.

Формула изобретения

l. Устройство для исследования свойств металлов и сплавов, содержащее вакуумную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для нагрева исследуемого образца, датчики перемещения и температуры, дилатометр со стержнем и регистрируюи1ий прибор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температУрного коэффициента линейного расширения в диапазоне температур от комнатной до 2500 С, дилатометр снабжен дополнительным стержнем, ось которого расположена перпендикулярно оси образца, размещенного между торцами держателей, подвешенных на струнах и снабженных гнездами, в которых расположены подпружиненные стержни дилатометра,противо" положные концы которых связаны с регулируемыми шарнирными опорами и соединены с чувствительными элементами датчиков перемещения, соединенных с регистрирующим прибором, причем оси стержней совпадают с плоскостями торцев образца.

2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оба стержня выполнены из тугоплавкого материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лифшиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов. M Машгиз, 1959, с. 320.

920485

2. Современное состояние высо котемпературной металлограФии

АН СССР НИИмашиноведения. И., Наука, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

И 494671, кл. G 01 N 25/02.:, 1975 (прототип) .

Составитель А. Платова

Редактор Н. Горват Техред Ж.Кастелевич Корректор 6. макаренко

Заказ 2325/44 Тираж 883, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений .и открытий

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патейт", r. Ужгород, ул. Проектная,4