Способ и устройство для измерения твердости Советский патент 1959 года по МПК G01N3/46 

Способы измерения твердости, при осуществлении которых на поверхности испытываемого образца наносят посредством индентора царапины, известны.

Особенность предложенного способа заключается в том, что твердость определяют по величине усилия, необходимой для нанесения на образце царапины, известной и постоянной глубины. При нанесенир такой царапины выдерживается постоянная скорость движения индентора. По этому способу нет необходимости измерять размеры царапины.

В устройстве, предназначенном для осуществления этого способа, применен установленный возле острия индентор и механически связанный с ним упор. Последний, выполненный передвижным по высоте, опирается на поверхность образца и ограничивает глубину погружения острия индентора.

Такое выполнение устройства обеспечивает поддержание постоянной глубины погружения индентора в поверхность образца.

В устройстве применен гидравлический механизм, обеспечивающий равномерное перемещение предметного столика с индентором. Кроме того, оно снабжено электрическим дифференциальным емкостным датчиком. Подвижным электродом этого датчика служит плоская пружина с закрепленным на ней индентором.

На чертеже изображена блок-схема предложенного прибора.

Физический смысл описываемого способа измерения твердости заключается в том, что величина твердости представляет собой величину работы силы царапания, отнесенной к единице объема, описанного погруженной частью индентора:

ы LР1Р , о

Н --г- -г- г ММ-,

где: Н - величина твердости, 1 - длина царапины в мм, Р - сила царапания в г, - площадь проекции индентора на поверхность, перпенV« 1ю

№ 123744- 2 -

дикулярную к царапине, L - работа силы Р на участке 1, V - объем, описанный погруженной частью индентора в мм.

При осуществлении предложенного способа к поверхности контролируемого образца, установленного на предметном столнке 1, подводится с помощью микроскопа-интерферометра 2 упор 3 и индентор 4. Образец освещается осветителем 5. Затем упор 3 с индентором 4 опускается посредством эксцентрикового подъемника 6 на поверхность образца. Посредством червячной пары 7 упор перемещается относительно индентора так, что обеспечивается требуемая глубина его погружения. Контроль последнего производится царапанием по эталонному образцу и замером посредством оптического микрометра и интерферометра.

После этого посредством гидравлического л еханизма 8 столик / с образцом передвигается влево и производится царапание.

Пластина 9 изгибается пропорционально тангенциальным силам царапания, изменяя зазоры конденсатора дифференциального емкостного датчика, включенного в цепь измерительного моста, питаемого от трансформатора ТР, установленного на выходе из повторителя-генератора 10 тока звуковой частоты. Сигналы с диагонали моста усиливаются усилителем // и подаются па индикатор 12 и осциллограф 13.

Таким путем могут быть измерены силы царапания очень малой величины (порядка одного миллиграмма), а, следовательно, индентор может быть опущен на очень малую величину. Зарядка (подъем рабочего груза 14} гидравлического механизма И, предназначенного для равномерного перемещения столика /, может осуществляться вручную или посредством электропривода 15 с редуктором 16. В процессе царапания, когда предметный столик / перемещается, пружинящая пластина 9 датчика нрогибается соответственно тангенциальным усилиям царапания. Измененное при этом соотнощенис емкостей датчика нарушает балансировку моста. Соответственно этому отклоняется стрелка индикатора 12 или зайчик осциллографа 13. Основной частью измерительной цепи устройства являются плечи Z, Z-2, /3 и Z измерительпого моста. Соотнощение плеч изменяется в соответствии с изменением тангенциальной силы царапания.

Цифрой 17 на схеме обозначен блок питания, которое производится от осветительной сети через стабилизированный выпрямитель, а цифрой 18 - блок автоматического управления электроприводом и сигиализацией.

Предмет изобретения

; 1. Способ измерения твердости, основанный на принципе нанесения с помощью индентора царапин на поверхности испытываемого образца, отличающийся тем, что твердость определяют по величине усилия, необходимого для нанесения на образце царапины известной и постоянной глубины, при поддержании постоянной скорости движения индентора.

2.Устройство для осупхествления способа по п. 1, отличающеес я тем, что, с целью поддержания постоянной глубины погружения индентора в поверхность образца, применен установленный возле острия индентора и механически связанный с ним передвижной, по высоте упор, опирающийся на поверхность образца и ограничивающий глубину погружения острия индентора.

3.В устройстве по п. 2 применение гидравлического механизма для обеспечения равномерного перемещения предметного столика устройства с закрепленным на нем индентором.

4.В устройстве по п. 1 применение электрического дифференциального емкостного датчика, в качестве подвижного электрода которого служит плоская пружина с закрепленным па ней индентором.