УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ Советский патент 1971 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к типу установок, предназначенных для изучения микроструктурных, диффузионных и упругопластических свойств материала методом определения демпфирующих характеристик.

Известны установки для измерения внутреннего трения, работающие в области звуковых и инфразвуковых частот. В них получаемый .релаксационный спектр колебаний сдвинут в зону низких температур, что, в свою очередь, уменьщает скорость протекания неравновесных процессов, проходящих в материале в момент измерения внутреннего трения, и обеспечивает тем самым их надежную фиксацию. Измерение внутреннего трения при инфразвуковых колебаниях приближает условия исследований к изотермическим, что позволяет значительно ослабить влияние тепловых потоков. Возникающих в результате деформации образца. При низкочастотных измерениях появляется возможность исследовать взаимодействие дефектов (вакансий, дислокаций, стенок доменов для ферромагнитных образцов) на более далеких расстояниях их передвижения.

Определение величины внутреннего трения при инфразвуковых колебаниях наилучшим образом осуществляется при помощи крутильных маятников, так как подобные установки позволяют измерять затухания от весьма малых величин до значений, описывающих апериодический процесс колебаний, имеют большой диапазон знакопеременной деформации образца при закручивании последнего. В этих установках легко обеспечить малую чувствительность к внешним вибрациям, большие температурные пределы измерения и точное определение величины деформации образца в процессе колебаний.

Известная установка для измерения внутреннего трения по принципу крутильного маятника работает следующим образом.

Воздействием электромагнитов на инерционную массу образец закручивается на определенный угол, после чего электромагниты отключаются. Инерционная масса, жестко связанная с образцом, начинает совершать крутильные колебания, амплитуда которых постепенно уменьшается во времени. Поскольку затухание колебаний зависит от свойств материала образца, то определяемый логарифмический декремент и частота колебаний образца являются характеристиками состояния материала. Ферромагнитные вещества изучаются в магнитном поле, которое при создании магнитного насыщения образца устраняет влияние ферромагнитного состояния на свойства материала, не связанные с этим состоянием. Магнитное поле получают при помощи соленоида. Определение логарифмического декремента и

тановках в диапазоне температур от комнатной до 700°С. Однако в ряде случаев необходнмо знать нзмепение свойств вещества в интервале темнератур выше и ниже комнатной. Обычно такое исследование выполняется на двух установках. Использование двух установок, во-первых, удорожает эксперимент, вовторых, приводит к нарушению структуры исследуемого материала, неизбел ное при перестановке образца из одной установки в другую, что приводит к получению заведомо искаженных результатов. Кроме того, нет установок для изучения внзтрепнего трения по принципу крутильного маятника, позволяющих проводить исследования при температурах ниже комнатной с изменением намагниченности образца.

Предлагаемая установка свободна от таких недостатков и имеет новыщенную точность измерения внутреннего трения в диапазоне температур от очень низких до температуры плавления материала образца.

Это достигается путем размещения образца в вакуумной камере внутри коаксиально расположенных нагревателя и соленоида, разделенных друг от друга тепловым экраном, выполненным в виде емкости, заполняемой охлаждающим веществом. Такая конструкция позволяет проводить измерения от температур жидкого гелия до температуры плавления образца в известном по величине магнитном поле и при заданных величинах деформации образца при кручении. При таких измерениях исключается операция механического воздействия на образец, появляющаяся при перестановке образцов, точность измерения значительно повыщается.

Па чертеже приведена схема описываемой установки, содержащей вакуумную камеру 1, соленоид 2, тепловой экран 3, нагреватель 4, образец 5, верхний держатель 6 образца, инерционную массу 7, гаситель изгибных колебаний 8, планку 9, неподвижные катушки датчика 10, НИть подвеса 11, рычаг 12, противовес 13, подвижную катушку датчика 14, двигатель 15, привод поворота неподвижных катушек датчика 16, электромагниты 17 для возбуждения колебаний образца, трубку 18 для подачи охлаждающего вещества, систему регулирования 19 подачи охлаждающего вещества, термопару 20, нижний держатель 21 образца.

Пижний конец образца закрепляется в нижнем дерл ателе образца, жестко соединенным с корпусом вакуумной камеры. Верхний конец образца крепится в верхнем держателе 6 образца. Соединенные вместе верхний держатель образца, инерционная масса и укрепленные на ней с помощью планки 9 подвижные сердечники электромагнитов 17 и подвижная катушка датчика 14 подвешены на нити подвеса 11 к рычагу 12, лелсащему на опоре, соединенной с корпусом вакуумной камеры. Противовес 13 служит для компенсации веса системы деталей 6, 7, 9, 17, 14, 11 т 12 -я для создания контролируемой продольной нагрузки на образец.

Образец находится внутри нагревателя 4 и соленоида 2, располол енных коаксиально, разделенных тепловым экраном 3, к которому подводятся трубки от системы регулирования 19 подачи охлаждающего вещества. Для быстрого и наиболее глубокого охлаждения через трубку 18 непосредственно к поверхности образца подводится охлал дающее вещество. Подвижная катушка датчика 14 расположена мелчду неподвижными катушками датчика W, которые вместе с электромагнитами 17 укреплены на приводе поворота неподвижных катушек датчика 16 для обеспечения нулевого положения системы отсчета индикатора колебаний. Привод этого датчика связан с двигателем 15.

подвижной катушкой датчика 14 и инерционной массой расположена игла гасителя изгибных колебаний 8.

Перед началом измерений система, состоящая из подвижной катушки датчика 14, планки с подвижными сердечниками электромагнитов 17, верхнего держателя 6 образца, инерционной массы, нити подвеса, прикрепленной

к рычагу, уравновешивается противовесом 13. В нижнем и верхнем держателях 6 и 21 образца укрепляется образец. С помощью двигателя 15 и привода поворота неподвижных катушек датчика 16 электромагниты 17 и неподвижные катушки датчика 10 путем поворота около вертикальной оси выставляются в нулевое положение отсчета. Противовес смещается по рычагу для обеспечения заданной продольной нагрузки на образце. В вакуумной камере создается вакуум или соответствующая рабочая атмосфера. Через систему регулирования 19 внутрь теплового экрана поступает охлаждающее вещество, которое также может подаваться непосредственно на образец через трубку 18 для более эффективного охлаждения образца. К соленоиду подводится регулируемое напряжение для создания магнитного ноля заданной величины. Пзменяя ток нагревателя 4, устанавливают необходимую температуру образца, регистрируемую пирометром или термопарой 20, устанавливаемой в непосредственной близости от образца. Электромагнитами 17 возбуждаются крутильные колебания образца заданной амплитуды. Изгибные колебания, возникаюЩИе вследствие несимметричности системы электромагнитов, ликвидируются гасителем изгибных колебаний. Для уменьщения чувствительности установки к изгибным колебаниям неподвижные катушки датчика 10

выполняются в виде катушек Гельмгольца. Ток, поступающий в неподвижные катущки датчика 10, создает однородное магнитное поле в зоне расположения подвижной катущки датчика 14. Колебания образца вызывают появление электрического сигнала в подвилсной катушке датчика 14. Этот сигнал регистрируется электронной схемой, состоящей из приборов усиления и записи. После установок нового значения температуры или величины магводится следующий замер характеристик колебания.

Предмет изобретения

Установка для изучения внутреннего трения в металлах и сплавах при крутильных колебаниях, содержащая вакуумную камеру с закрепленными внутри нее держателями образца, установле1 ные коаксиально с держателями нагреватель, экран и соленоид, инерционную массу, расположенную соосно с держателями, привод новорота индикатора колебаний

вокруг вертикальной оси, возбудитель колебаний и систему их регистрации, гаситель поперечных колебаний и средства измерения и регулирования температуры, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности измеренпя внутреннего трения в широком интервале температур, она снабжена системой охлаждения с регулируемой подачей охлаждающей смеси к образцу и внутрь экрана, выполненного в виде кольцевой рубашки, а нагреватель, экран и соленоид расположены внутри вакуумной камеры.

7J 7

Zl 20