Устройство для определения твердости материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к приборам для исследования свойств материалов по твердости.

Известно устройство для определения твердости материалов, содержащее корпус, размещенные в нем индентор, соосный с ним узел нагружения индентора, датчик нагрузки и узел регистрации геометрических параметров отпечатка.

Недостаток устройства - узкие эксплуатационные возможности, обусловленные низкой точностью нормирования и дискретностью приложения нагрузки, создаваемой узлом нагружения индентора. Это сужает возможности устройства по номенклатуре испытуемых материалов (сложность испытаний высокопластичных материалов и хрупких тонких пленок), рабочему ходу индентора и плавности приложения нагрузки.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем. что узел нагружения индентора выполнен в виде жестко связанной одним концом с корпусом цилиндрической пружины из материала с памятью формы с сечением проволоки, монотонно увеличивающимся в направлении индентора. при этом датчик нагрузки представляет собой дагчик температуры, связанный с витком цилиндрической пружины, сечение проволоки в котором наименьшее.

На фиг.1 схематично изображен узел нагружения индентора. общий вид; на фиг.2 - его температурно-силовая характеристика.

Устройство содержит корпус 1, индентор 2, соосный с ним узел нагружения индентора, выполненный в виде цилиндрической пружины 3, изготовленной

1

СО

о

ю

Os

со

из материала с памятью формы, например, из отечественного сплава ТН1. Сечение проволоки пружины 3 монотонно увеличивается в направлении индентора 2. Кроме того, пружина 3 снабжена системой электропитания, представляющего собой источник 4 тока, токоподводы 5 и ключ 6. Верхняя 7 и нижняя 8 опоры пружины 3 изготовлены из материала с высокими электро- и теплоизоляционными свойствами. В целях безопасности привод индентора 2 закрыт кожухом, выполненным в виде телескопически складываемых обечаек 9 и 10. Наименее материалоемкий участок пружины 3 снабжен датчиком 11 температуры (например, термопарой, рабочий спай которой зачека- нен в проволоку пружины),- выведенным на регистрирующий прибор 12, при этом датчик температуры одновременно служит датчиком нагрузки.

Перед использованием устройства снимают его температурно-силовую характеристику (фиг.2, для чего демонтируют с индентора 2 испытательную головку, устанавливают на рабочем столике (не показан) образцовый динамометр и подводят его до соприкосновения с индентором, при этом пружина 3 остается в ненапряженном состоянии (точка а, фиг.2). Затем производят нагрев пружины 3 путем пропускания по ней электрического тока, замкнув ключ 6. О температуре нагрева судят по прибору 12 В процессе нагрева (участок ав) вплоть до температуры АН (температура начала обратного мартенситного превращения в материале пружины 3), пружина 3 остается в ненапряженном состоянии, а при последующем нагреве (участокЬс) до температуры Ак (температура конца обратного мартенситного превращения материала пружины) она генерирует усилия от 0 до Рмакс. При этом обеспечивается.плавность нарастания нагрузки в процессе нагрева за счет монотонного увеличения сечения пружины 3, так как обратное мартенситное превращение первоначально протекает в наименее материз- лоемких витках пружины, имеющих более высокое электросопротивление, что способствует постепенному нарастанию волны деформации в направлении индентора.

После нагрева выключают электропитание пружины 3. Начинается ее естественное охлаждение, в процессе которого на участке cd значение усилия не изменяется. В интервале температур МН-МК (температура соответственно начала и конца прямого мартен- ситного превращения в материале пружины) усилия воздействия пружины 3 на индентор 2 уменьшаются от Рмакс до 0 (участок de). По результатам одновременной ре- гистрации температуры и нагрузки определяется температурно-силовая характеристика устройства (ebcde), нагрузочным участком которой является участок be, а разгрузочным - участок de (при необходимости нагрузка может быть снята соответствующим перемещением рабочего столика устройства). Пунктирам /i показаны участки температурно-силовой характеристики {нагрузка bf и разгрузка dq) привода, пружина которого выполнена из проволоки одинакового сечения (фиг,2).

Устройство применяют следующим образом.

Испытуемый образец при комнатной температуре размещают на рабочий стол и подводят под индентор 2, снабженный рабочей головкой. Задаются требуемым усилием, например Pi, которое необходимо

приложить к индентору. По температурно- силовой характеристике определяют температуру нагрева Т, пружины 3. Подают электропитание на пружину и производят ее нагрев.

Предложенное устройство имеет широкие эксплуатационные возможности по диапазону режимов нагружения, что расширяет номенклатуру испытуемых материалов и образцов.

Формула изобретения 1. Устройство для определения твердости материалов, содержащее корпус, размещенные в нем индентор, соосный с ним узел

нагружения индентора, датчик нагрузки и узел регистрации геометрических параметров отпечатка,отличающееся тем,что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, узел нагружения индентора выполней в виде жестко Связанной одним концом с корпусом цилиндрической пружины из материала с памятью формы с сечениемпроволоки,монотонно увеличивающимся в направлении индентора.

2.Устройство по п. 1. отличающееся тем, что датчик нагрузки представляет собой датчик температуры, связанный с витком цилиндрической пружины, сечение

проволоки в котором наименьшее.

jЈ«ffs, MX

У

Изобретение относится к приборам для исследования свойств материалов по твердости. Цепь изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства. Устройство содержит корпус с индентором. соосный с ним узел нагружения индентора, выполненный в виде цилиндрической пружины, изготовленной из материала с памятью формы, связана с системой нагрева путем пропускания по ней электрического тока и размещена в кожухе, образованном телескопически складываемыми полыми цилиндрами, основания которых жестко соединены соответственно с корпусом и индентором и электрически изолированы опорными тарелями пружины, наименее ма- териалоемкое сечение которой снабжено за- датчиком температуры, одновременно используемым в качестве датчика нагружения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.