Устройство для определения динамической твердости материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N3/48 

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств твердых материалов при ударном нагру- жении и может быть использовано для определения динамической твердости металлов и готовых изделий.

Целью изобретения является повьше- мне достоверности определения динамической твердости.

На фиг. 1 приведена схема устрой- ства;.на фиг. 2 - кривые электрических сигналов в различных точках устройства.

Устройство содержит наконечник 1, направляющую трубку 2, боек 3, пере- двигающийся по направляющей трубке 2 взаимодействующую с бойком 3 ударную пружину 4, спусковой механизм 5,ударник 6 в виде шарика из твердого сплава, пьезоакселерометр 7, установлен- ный на бойке 3, кабель 8, соединяющий пъезоакселерометр 7 с электрон- 1ьгм блоком 9. В электронный блок 9 входит согласующий усилитель 10,вход которого соединен кабелем с пьезоак- ;селер ометром, фильтр 11 нижних частот, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя 10, дифференциатор 12, вход которого соединен с выходом фильтра 11 нижних частот, компаратор 13, вход которого соединен с выходом дифференциатора 12 преобразователь 14, время - код, йход которого соединен с выходом компаратора 13, пиковый детектор 15, вход которого соединен с выходом фильтра 1 нижних частот, аналого-цифровой пре- образователь 16 (АЦП), сигнальный вход которого соединен с выходом пикового детектора 15, а управляющий вход - с выходом компаратора 13,ариф- мeтичeckий узел 17, первый и второй входы которого соединены с преобразователем время - код 14 и с АЦП 16,задатчик 18 постоянной,выход которогосоединен с третьим входом арифметического узла 17, цифровой индикатор 19, вход которого соединен с выходом арифметического узла, и генератор 20 тактовых импульсов, выходы которого соединены с тактовыми входами преобразователя 14 время - код, АЦП 16 и арифметического узла 17.

Устройство работает следующим образом.

Наконечник 1 прижимают к поверхности испытуемого материала. Переме5

0

is 20 5 Q . .-

5

0

0

5

щением бойка 3 вверх по направляющей трубке 2 до зацепления со спусковым механизмом 5 взводят ударную пружи- ну 4., При нажатии на спусковой механизм 5 боек 3 освобождается от стопо- рения, разгоняется под действием ударной пружины 4 до определенной скорости и ударяет ударником 6 по поверхности испытуемого материала. Электрический сигнал с пьезоакселеро- метра 7, пропорциональный действующему ударному ускорению по кабелю 8, поступает на вход согласующего усилителя 10 и далее на вход фильтра 11 нижних частот (ФНЧ). Последний от- фильтровывает высокочастотные составляющие сигнала, которые могут возни-- кать при контроле высокотвердых ма- и вызывать, при отсуствии фильтра, ложные срабатывания электронного блока. Отфильтрованньй сигнал (фиг, 2 б) с выхода ФНЧ 11 поступает на вход дифференциатора 12. Необходимость дифференцирования сигнала вызвана тем, что введение этого узла упрощает определение экстремума, так как в точке экстремума производная сигнала равна нулю. С выхода диффе- ренциатора 12 (фиг. 2 в) сигнал Поступает на вход компаратора 13, который вырабатывает положительный прямоугольный импульс (фиг. 2 г), длительность которого равна времени упругопластического деформирования материала при нагружении соударяющихся тел Т. В преобразователе 14 время - код это время преобразуется В цифровой код, который поступает на первый вход арифметического узла 17,- Сигнал с выхода ФНЧ 11 поступает также на вход пикового детектора 15, на выходе которого формируется постоян- ное напряжение, величина которого равна максимальной амплитуде импульса напряжения U , пропорционального ,максимальной амплитуде ударного ускорения А . Сигнал с выхода пикового детектора 15 поступает на вход АЦП 16, которьш запускается задним фронтом импульса с выхода компаратора 13, т.е. в мёмент достижения максимума импульса ударного ускорения. На выходе АЦП 16 формируется цифровой код, эквивалентный максимальной амплитуде импульса ударного ускорения, который поступает на второй вход арифметического узла 17. На третий вход арифметического узла 17 поступает цифровой код с выхода задатчика 18

J постоянной, эквивалентный величине клэффициента пропорциональности К. Величина постоянной зависит от параметров соударяющихся тел и величины коэффициента передачи электрическо- го тракта обработки импульса ударного ускорения, В арифметическом узле 17 происходит расчет величины динамической твердости HS по алгоритму

Н

КЧисло динамической твердости в ви- j де числа индицируется на цифровом индикаторе 19,

Устройство позволяет повысить достоверность определения динамической твердости материалов за счет исключения влияния на результат контроля упругих свойств материала и бойка на этапе восстановления упругих деформаций соударяющихся тел. Проведенные испытания также показали, что исключение этого влияния позволяет получить единую шкалу динамической твердости различных материалов и не проводить их предварительную разработку по упругим свойствам. Кроме, того с учетом начальных условий соударения, т,е, с учетом скорости соударения, массы бойка и. формы соударяющихся тел, например шара с плоскостью, число твердости имеет раз- мерность напряжения, а следовательно, физически обоснованную связь динамической твердости со статической.

0

j

0

5

5444

Формула изобретения

Устройство для определения динамической твердости материалов содержащее направляющую трубку, ударнукГпружи- ну, спусковой механизм, боек с ударником в виде шарика, пьезоакселерометр, закрепленный на бойке., согласующий усилитель, вход которого соединен с пьезоакселерометром, дифференциатор и цифровой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности определения динамической твердости устройство снабжено фильтром нижних частот, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, а выход - с входом дифференциатора, компаратором, вход которого соединен выходом дифференциатора,пре- образователем время - код, вход которого соединен с выходом компаратора, пиковым детектором, вход которого соеди- ;Нен с выходом фильтра нижних частот, аналого-цифровым преобразователем, сигнальный вход которого соединен с выходом пикового детектора, а управляю- щий вход - с выходом компаратора, арифметическим узлом, первый и второй входы которого соединены с аналого- цифровым преобразователем и преобразователем время - код, а выход - с цифровым индикатором, задатчиком тоянной, выход которого соединен с третьим входом арифметического узла, и генератором тактовых импульсов, выходы которого соединены с тактовыми входами преобразователя время - код, аналого-цифрового преобразователя и арифметического узла.

/

Образец, Homtpuaло, изделиясриг, f

IL

фиг. 2

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств твердых материалов при ударном наг- ружении и может быть использовано для определения динамической твердости металлов и готовых изделий. Цель изобретения - повышение достоверности определения динамической твердости. Устройство позволяет зарегистрировать сигнал, пропорциональный ускорению, возникающему при соударении ударника с испытуемым изделием. Далее измеряется максимальное значение этого сигнала и время от начала со ударения до момента, соответствующего максимуму сигнала. Полученные числовые значения делят один на другой и умножают на определенный заранее постоянный коэффициент, получая чис-. ло, соответствующее динамической твердости материала. 2.ил. i (Л ел 4 4