Прибор для испытаний материалов на микротвердость Советский патент 1993 года по МПК G01N3/46 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам опре- делгния микротвердости по глубине вда ливания индёнтором, и может быть использовано для исследования и контроля покрытий, тонких поверхностных слоев ма- Tepi-алов..

Известен микротвердомер, в котором измерение микротвердости основано на измерении диагонали отпечатка, образующегося в образце при внедрении индентора.

Недостатком известного гикротвердо- мерг является низкая точность измерения и-з-з.) использования неавтоматизированного процесса вдавливания индентора, отсутствия возможности фиксирования момента касания инден тбра с испытуемой поверхностью материала и определения истинной глубины внедрения индентора.

Известен прибор для исследования .микротвердости, содержащий жесткий индентор, нагружающие пружины, датчики для регистрации нагрузки и глубины внедрения индентора, самопишущий прибор, делитель напряжения, включенный между датчиком и самопишущим прибором, последовательно соединенные усилитель, спусковое устройство и триггер с исполнительным реле, рабочие контакты которого подключены параллельно делителю напряжения.

О

со ю ю

N

. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения микротвердости, обусловленная использованием механотронных преобразователей, стабильность работы которых не обеспечивает- ся из-за колебаний температуры, инерционность системы нагружения и раз- гружения из-за использования шарнирно- рычажных механизмов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является прибор для измерения микротвердости (см. авт.св. № 386316, МКИ G 01 п 3/46, 1973), содержащий индентор, нагружающее устройство, выполненное в виде электромагнита с якорем, подключенного к нему блока нарастающего тока, снабженного регулятором скорости нагружения, дётчик перемещения индентора, снабженный сигнализатором достижения заданной глубины, механизм перемещения образца, микроскоп, отсчетное устройство; причем якорь нагружающего электромагнита совмещен с тубусом микроскопа.

Недостатками известного прибора являются низкая точность измерения микротвердости из-за использования утяжеленной системы нагружения (конструктивного совмещения якоряч электромагнита, внедряющегося индентора, датчика перемещения, следящего рычага и тубуса микроскопа); невозможность исследования микротвердости материалов при программной и циклических нагружениях из-за отсутствия возможности регулирования процесса разгружения; ограниченные возможности по реализации метода измерения микротвердости из-за использования индентора с углом при вершине 90° и менее и ограничений по регистрации глубины внедрения индентора (10-15 мкм).

Целью изобретения является расширение диапазона измерений при малых нагрузках и функциональных возможностей, исследования.

Поставленная цель достигается тем, что прибор для испытаний материалов на микротвердость содержит электромагнит с якорем, датчик перемещения, индентор, упругие пружины, траверсу, блок управления, причем якорь электромагнита выпол- нен в виде постоянного магнита, размещенного внутри и снаружи катушки электромагнита, а датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных катушек индуктивности с якорем, подключенных к катушке электромагнита и устройству регистрации посредством блока управления, причем катушка электромагнита подключена к устройству регистрации и

программному блоку посредством блока управления и соединена с якорем датчика перемещения и индентором посредством штока, а якорь электромагнита и корпус ка тушек индуктивности датчика перемещения соединены с траверсой.

Предложенное техническое решение позволяет расширить диапазон измерений микротвердости при малых нагрузках за

0 счет облегчения системы нагружения и произвести исследования микротвердости при программном и циклических нагружениях за счет использования низкоинерционного автоматизированного управления процес5 сом нагружения и разгружения.

На чертеже представлена структурная схема прибора.

Прибор для испытаний материалов на микротвердость содержит катушку электро0 магнита 1, якорь электромагнита 2 соединен с постоянным магнитом 3 и размещен внутри и снаружи катушки электромагнита 1. Якорь электромагнита 2 соединен с траверсой 4. Катушка электромагнита 1 соединена

5 с якорем 5 датчика перемещения 6 и индентором .7 посредством штока 8. Шток 8 с помощью плоских упругих пружин 9 соединен с траверсой 4, Корпус датчика перемещения б соединен с траверсой 4.

0 Дифференциально соединенные катушки индуктивности датчика перемещения б подключены посредством блока управления 10 к устройству регистрации 11 и катушке электромагнита 1, которая подключена кус5 тройству регистрации 11 и программному блоку 12 с помощью блока управления 10,

Образец 13 установлен на столике 14 и может перемещаться в горизонтальной плоскости вручную или автоматически.

0 Прибор работает следующим образом. Перемещением траверсы 4 выбирают необходимую высоту зазора между индентором 7 и образцом 13, который закрепляют на столике 14.

5 После включения прибора катушка электромагнита 1 занимает нейтральное положение, С помощью программного блока 12 задают закон изменения тока для режима нагружения и разгружения (синуеоидаль0 ный, треугольный, прямоугольный), амплитуду тока (уровень нагружения), частоту тока (скорость нагружения), количество повторно-статических или циклических нагруже- ний, время выдержки.

5 Посредством блока управления 10 подают ток на катушку электромагнита 1, которая начинает опускаться , перемещая вниз шток 8с индентором 7 и якорь 5 датчика перемещения. В момент касания индентора 7 с.образцом 13 осуществляется

выставление О нагрузки. От катушек ин- д ктивности датчика перемещения 6 элект- рический сигнал в момент касания ипдентора образца поступает в блок управления 10, где осуществляется уменьшение амплитуды управляющего сигнала, поступающего с программного блика 12 к катушке э/ ектромагнита 1 на величину соответствующей уровню упругих деформаций пружин 9 относительно траверсы А.

В процессе нарастания тока до заданного уровня и одновременного процесса уг- л бления индентора 7 в образец 13 в устройство регистрации 11 поступают два сигнала. Один сигнал от катушек индуктив- ности датчика перемещения б, фиксирующий изменяющийся уровень глубины внедрения индентора 7 в образец 13, а друге и сигнал от катушки электромагнита 1, фиксирующий изменяющийся уровень истинной нагрузки.

После выполнения заданной программа нагружения с программного блока 12 подается сигнал в блок управления 10, где п юисходит изменение полярности тока, по- даваемого на катушку электромагнита 1. В результате катушка электромагнита 1 начинает плавно подниматься и перемещает виерх шток 8 с индентором.7. После уменьшения уровня тока до нуля с программного

ока 12 подается сигнал в блок управления К) для последующей реализации заданной юграммы по внедрению индентора 7 в разец 13.

Пример. Для применения якоря ектромагнита сложной формы использу- юг постоянный магнит, который закрепляЮт

i

в центре цилиндрического стального

стакана диаметром 50 мм и толщиной 3 мм. Катушка электромагнита диаметром 16 мм, имеющая две рабочие обмотки сопротивления 5 Ом, закрепляется на дюралюминиевом штоке диаметром 4,2 мм. С другой стороны штока вставляют индентор (разной формы), который крепится к штоку с помощью винта. К штоку посредством пайки или переходника подсоединяют две упругие пружины из стали толщиной 0,1 мм и якорь датчика перемещения, изготовленного из ленты магнитопровода типа ШЛ. Для изготовления катушек индуктивности датчика перемещения используют сердечники из карбонильного железа СБ-12, Корпус датчика перемещения и якорь электромагнита соединяют с траверсой, например, прибора ПМТ-3 посредством винтов,

В качестве устройства регистрации используют, например, двухкоординатный самописец типа Н-307 или стрелочные индикаторы типа 201.

Программный блок включает функциональные генераторы, компараторы, формирователь импульсов, триггер Шмитта, повторители напряжений, счетчик, реле времени.

Блок управления включает усилитель, фильтры низких частот, сумматор, набор компенсирующих сопротивлений и конденсаторов.

Техническое решение позволяет расширить диапазон измерений уровня микротвердости материалов и покрытий при малых нагрузках, а также реализовать исследования прочностных свойств поверхностных слоев материалов при программном и циклических режимах нагружения.

j Формула изобретения | Прибор для испытаний материалов на микротвердость, содержащий шток с инден- тором на конце, механизм перемещения об- , датчик перемещения индентора, электромагнитное нагружающее устройство, взаимодействующее со штоком, регистратор и блок управления, выход которого соединен с датчиком перемещения инден- Tiipa, а выход - с регистратором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных возможностей, он снабжен программным блоком, датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных соос- HJ,IX катушек индуктивности и размещенного в зазоре между ними якоря, закрепленного на штоке, электромагнитное нагружающее устройство.выполнено в виде

плоских пружин, взаимодействующих со штоком, постоянного магнита с кольцевым зазором и катушки индуктивности, размещенной в кольцевом зазоре и взаимодействующей со штоком, блок управления выполнен в виде усилителя, вход которого является его первым входом, сумматора, первый вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход является вторым входом блока управления и соединен с вы- ходом программного блока и катушкой ин- дуктивностиэлектромагнитного нагружающего устройства, выход является выходом блока управления, а регистратор выполнен двухкоординэтным и его второй вход соединен с катушкой индуктивности электромагнитного нагружающего устройства.