Способ определения локальной плотности твердых тел Советский патент 1992 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к испытаниям материалов и измерениям и может быть использовано для определения плотности твердых тел.

Известен способ определения плотности твердого тела, включающий взвешивание исследуемого тела в воздухе, а затем в жидкости с известной плотностью и определение искомой величины по результатам взвешивания.

Наиболее близким к изобретению является способ определения плотности твёрдого тела, включающий последовательное взвешивание исследуемого тела в воздухе и во вспомогательной жидкости, плотность и коэффициент объемного расширения которой определены с достаточной точностью, после чего искомую величину определяют по формуле

„ Ptdt-P2g

А Р1 - Р2

где pt - плотность твердого тела при температуре t;

Pi - вес тела в воздухе;

Р2 - вес тела в жидкости при температуре t;

d.t - плотность вспомогательной жидкости при температуре t;

и- плотность воздуха.

Известные способы не позволяют с достаточной точностью и надежностью определять локальную плотность, т.е. плотность в заданном участке объема твердого тела, так как вес извлекаемой для анализа пробы обычно во много раз меньше веса исходного образца, а погрешность определения плотности методом гидростатического взвешиXI Ю СХ Јь Ю VI

вания обратно пропорциональна весу исследуемого образца.

Кроме того, при определении локальной плотности по известным способам требуется извлечь неповрежденную пробу из заданного участка в объеме образца, что затруднено или невозможно, если проба имеет малый объем (порядка 1 мм3), извлекается из хрупкого или высокотвердого материала, или из участка сложной геометрической формы, или из участка, прилегающего к поверхности раздела с высокой прочностью связей.

В ряде случаев известные способы вообще не пригодны для определения локальной плотности, например при необходимости извлечения пробы сложной формы (пространственной).

Цель изобретения - повышение точности и надежности определения локальной плотности при одновременном упрощении способа.

Для достижения поставленной цели согласно способу определения плотности твеодого тела, включающему последова- телькое взвешивание исследуемого тела в воздухе и во вспомогательной жидкости и определение искомой величины, осуществляют отбор материала из анализируемой части объема твердого тела в воздухе и во вспомогательной жидкости при обеспечении постоянства температуры и давления обеих сред в процессе взвешивания до и после отбора материала образца и определяют искомую величину по формуле

0 - (P-Pi)(dt-g) +g (P-P1)-(R-P.1)

где/91 - локальная плотность заданной части объема и испытуемого твердого тела при температуре t;

dt - плотность жидкости при температуре t;

о- плотность воздуха;

Р и Рч - вес тела в воздухе и в исходном состоянии соответственно после отбора материала из анализируемого объема;

Р1 и Pi1 - вес тела в жидкости при температуре t в исходном состоянии и после отбора материала из анализируемого объема.

Предлагаемый способ предусматривает взвешивание в воздухе и в жидкости всего твердого тела, из анализируемого объема которого отбирается небольшое количество материала, что позволяет на несколько порядков повысить точность определения локальной плотности. Кроме того,

0

5

0

5

предлагаемый способ не требует отбора неповрежденной пробы, что упрощает способ и повышает надежность определения локальной плотности. Отбор материала из анализируемого объема можно проводить любым известным способом: сверлением, шлифованием, резанием и т.д.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Последовательно взвешивают исследуемое твердое тело в воздухе и в жидкости с известной плотностью (определение значений Р и Pi соответственно). Измеряют температуру и давление воздуха и температуру t жидкости, после чего по стандартным таблицам определяют плотность воздуха плотность жидкости dt. Отбирают материал из анализируемой части объема названного твердого тела, которое вновь взвешивают в воздухе и в жидкости (определение значений Pi и Pi1 соответственно, обеспечивая постоянство температуры воздуха и жидкости на протяжении всего процесса взвешивания). Определяют величину локальной плотности, pt в анализируемой части объема твердого тела по формуле

А

(P-Pi)(dt-g

(p-pV(pi-pi)

О,

5

0

5

0

5

где о плотность воздуха;

dt - плотность жидкости при температуре t;

Р и PI - вес тела в воздухе в исходном состоянии и после отбора материала соответственно

Р и PI - вес тела в жидкости при температуре t в исходном состоянии и после отбора материала соответственно.

П р и м е р. Из спеченной цилиндрической прессовки, изготовленной из порошковой хромистой стали, вырезан темплет диаметром 55 мм и толщиной 12 мм, ориентированный перпендикулярно к продольной оси прессовки. Результаты гидростатического взвешивания темплета: вес в воздухе Р 219,156 г, вес в дистиллированной воде при 20,5°С Р1 . 190,860 г. Средняя плотность теплета, определенная по способу-прототипу, составила 7,7223 г/см3.

По данным металлографического анализа в структуре темплета присутствуют поры, локализованные преимущественно вблизи его центра, что должно привести к уменьшению плотности центральной части темплета. Для оценки величины этого эффекта определена с использованием предлагаемого способа локальная плотность центральной части темплета. С этой целью в центре темплета в направлении, совпадающем с нормалью к его плоской поверхности, высверлено углубление диаметром 5 мм на глубину 5 мм, после чего проведено повторное взвешивание темплета в воздухе (Pi 218,400 г) и в дистиллированной воде при 20.5°С (Pi1 190,200 г). Локальная плотность, определенная по предлагаемому

материала из анализируемой части объе твердого тела, после чего производят допо нительное взвешивание твердого тела воздухе и во вспомогательной жидкости п обеспечении постоянства температуры давления обеих сред в процессе взвешив ния до и после отбора материала образца определяют искомую величину по формул

способу, составила 7,3900 г/см3, т.е. была 10 . р()+а,

на 4% ниже, чем средняя плотность темплета, определенная известным способом.

Формула изобретения

Способ определения локальной плотности твердых тел, включающий последовательное взвешивание исследуемого тела в воздухе и во вспомогательной жидкости с известной плотностью и определение искомой величины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения, осуществляют отбор

15

20

где pi - локальная плотность части объе твердого тела;

dt - плотность жидкости;

о1-плотность воздуха;

Р и Pi - вес тела в воздухе в исходно состоянии и после отбора материала соо ветственно:

Р1 и Pi - вес тела в жидкости в исхо ном состоянии и после отбора материа соответственно.

материала из анализируемой части объема твердого тела, после чего производят дополнительное взвешивание твердого тела в воздухе и во вспомогательной жидкости при обеспечении постоянства температуры и давления обеих сред в процессе взвешивания до и после отбора материала образца и определяют искомую величину по формуле

где pi - локальная плотность части объема твердого тела;

dt - плотность жидкости;

о1-плотность воздуха;

Р и Pi - вес тела в воздухе в исходном состоянии и после отбора материала соот- ветственно:

Р1 и Pi - вес тела в жидкости в исходном состоянии и после отбора материала соответственно.

Использование: металлургия, машиностроение, приборостроение. Сущность изобретения: последовательно взвешивают тело в воздухе и в рабочей жидкости. Отбирают пробу из анализируемой части тела и взвешивают оставшуюся часть тела в воздухе и в жидкости, а плотность определяют по формуле.