Устройство для исследования свойств металлов и сплавов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/02 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

-:

Изобретение относится к измери тельной технике и предназначено для синхронного исследования микроструктуры, электросопротивления, температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), точки плавления, а также проведения термического aVia лиза на одном экспериментальном образце малых размеров и может быть использовано в металловедении ифизических лабораториях для исследования свойств металлов и сплавов.

Известна конструкция экспериментальной установки для одновременного исследования электросопротивления, теплового расширения и намагниченности на одном образце СП.

Однако эта установка не позволяет устанавливать взаимосвязь изменения этих свойств с изменением микро-. структуры образца, а также температурная область проведения исследований на этой установке недостаточно велика, так как ограничивается темИ СПЛАВОВ

пературой размягчения кварца () из которого выполнен узел крепления образца.

Известны также установки для наблюдения измерений микроструктуры образца при механических испытаниях в процессе нагрева 21. .

Но.эти установки не позволяют получать одновременно комплекс других свойств (например, температурного

10 коэффициента линейного расширения, Злёктросопротивления и др). Кроме того, для исследований необходимо использовать ббразцы достаточно больших размеров и сложной конфи-г

15 гурации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является yctj ройство для исследования свойств .металлов и сплавов, содержащее ва20куумную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для нагрева образца, датчики перемещения и температуры, дилатометр со стержнем и регистрирующий прибор. Измерение электросопротивления образца в процессе нагрееа осуществляется потенциометрическим способом, определение температуры плавления - оптическим пирометром, а наблюдение микроструктуры - с помощью высокотемпературного микроскопа. При этом тепловое расширение регистрируется датчиком дилатометра, который взаимодействует с образцом-через передающий стержень, контактирующий с подвижным вольфрамовым держателем ) Недостатком данного устройства является низкая точность измерения теплового расширения образца, так как датчик дилатометра регистрирует сигнал суммарного теплового расшире кия образца, вольфрамовых держателей и стержня дилатометра, причем, тепловое расширение держателей и стержня дилатометра в суммарном сиг -нале может быть оценено лишь приблизительно, так как зависит от ряда факторов - величины тока, проходящего через образец и держатели, электросопротивления образца, скорости нагрева и температуры водоох лаждаемых токовводов. Целью изобретения является повышение точности измерения температур ного коэффициента линейного расширения при исследовании комплекса свойств на одном образце малых размеров в диапазоне температур от ком натной до 2500°С, Эта цель достигается тем, что в устройстве для исследований свойств металлов и сплавов, содержащем ваку умную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для. нагрева образца, датчики перемещения и температуры, дилатометр со стержнем и регистрирующий приборj дилатометр снабжен дополнительным стержнем, ось которого расположена перпендикулярно оси образца, находя щегося между торцами держателей, подвешенных на струнах и снабженных гнездами, в которых расположены под пружиненные к одинаково расположенным рабочимповерхностям этих гнезд стержну дилатометра, противополож-ные концы стержней связаны с регули руемыми.шарнирными опорами и контак тируют с чувствительными элементами датчиков перемещения, соединенных S4 с регистрирующим прибором, причем оси стержней совпадают с плоскостями торцов образца причем, стержни дилатометра выполнены из тугоплавкого материала, например, молибдена. Введение дополнительного стержня дилатометра и .расположение стержней перпендикулярно оси образца и держателей указанным образом позволяет исключить тепловое расширение стержней и держателей при регистрации сигнала. На фиг. 1 показано предложенное устройство,.общий вид; на фиг.2 схема измерения теплового расширения. Экспериментальный образец 1 зажимается MeiKfly двумя держателями 2 и 3, выполненными из молибдена, которые имеют контактные площадки 4 для установки образца и гнезда 5 для закрепления стержней 6 и 7 дилатометра. Концы стержней, выполненных иЗ молибденового прутка, диаметром2 мм подпружинены к одинаково располо енным рабочим поверхностям гнезд при помощи пружин 8, а другие KOHLtbi стержней связаны с регулируемыми шарнирными опорами 9- Стержни дилатометра контактируют с чувствительнь1ми элементами датчиков перемещения 10 и 1.1 . Держатели образца 2 и 3 закрепляются в медных зажимах 12, подвешенных на четырех струнах из молибденовой проволоки 13, к водоохлаждаемым электродам И и соединенных между собой электрически при помощи гибких, медных шин 15. Один из держателей 2 является неподвижным,так как поджат к держателю устройства винтом 16.. В образце выполнено глухое свер- лёние 17, служащее для измерения температуры образца пирометром 18. К середине образца приварена точечной сваркой термопара 19, а симметрично ей на расстоянии 3- мм потенциальные выводы 20 для измерения электросопротивления. Образец расположен в вакуумной вбдоохлаждаемой камере 21, снабжённой, смотровыми окнами 22 для пирометра и микроскопа 23. К рабочей камере подключена система напуска газа 2 для закалки образца с определенной температуры. Для повышения точности измерения электросопротивления образца в устройство введено эталонное сопротивление 25 с потенциальными выводами 26 , подключенное последовательно с образцом к источнику тока 27.. Устройство работает следующим образом. Образец 1 с приваренными термопарой 19 и потенциальными выводами 20устанавливается в цабочую камеру 21между держателями 2 и 3. Регулируемыми шарнирными опорами 9 устанавливают нули датчиков перемещения 1 О и 11. . Нагрев образца производится источ ником тока 27 по заданной программе при этом датчиком 10 регистрируется тепловое расширение держателя 2, а датчиком 11 суммарное тепловое расши рение держателя 2 и образца 1. Разностный сигнал датчиков перемещения, являющийся функцией теплового расширения образца, поступает н систему регистрации, куда также поступают сигналы с термопары 19 и п6тенциалб ных выводов 20 и 2б. Микроструктуру образца при нагреве наблюдают при помощи микроскопа 23, а точку плавления определяют пирометром 18, При напуске закалочного газа через систему 2 образец может быть закален от любой- температуры, при этом производится наблюдение за изменением измеряемых (изических свойств во время и после закалки. Регистрация измеряемых сигналов производится как стандартными самопйщущими потенциометрами типа КСП, так и цифровой измерительной системой типа К ЦВЦ/2, осуществляющей вывод информации на цифропечатающее устройство или непосредственный ввод её в ЭВМ с целью ускорения получаемы результатов. Предложенное устройство позволяет проводить комплекс исследований на одном образце в широком интервале температур - от комнатной до 2500°С а при определении температуры плавления - до , при различных скоростях нагрева и охлаждений (20 град./мин - 1000 град/мин.). Конструкция держателей образца позволяет исследовать образцы малой длины в виде параллелепипеда (.например, сечением 2x2 мм и длиной 1020 мм) , так как образец помещается не в-зажимах, а удерживается за счет сил трения между держателями-, которы сами разогреваются проходящим током и уменьшают неравномерность распределения температуры вдоль образца. повышая тем самым точИость исследований. Особенно эффективно предложенное устройство может быть применено в металловедении и металлургии при построении фазовых диаграмм состояния и разработке новых сплавов на основе редких металлов, для которых возможность экспериментального исследования свойств на малых образцах имеет существенное значение. Более высокая точность измерения ТКЛР при исследовании комплекса свойств с помощью предложенного устройства, по сравнению с известным, позволяет использовать дилатометрические данные как для изучения фазовых превращений в твердом состоянии , так и для разработки сплавов с заданным ТКЛР. Формула изобретения 1. Устройство для исследования свойств металлов и сплавов, соде(эжащее вакуумную камеру со смотровыми окнами и водоохлаждаемыми токовводами, в которой расположены держатели для нагрева исследуемого образца, датчики перемещения и температуры , дилатометр со- стержнеми регистрирунмций прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температурного коэффициента линейного расширения в диапазоне температур от комнатнс 1 до 2500 С, дилатометр снабжен дополнительным стержнем, ось которого расположена перпендикулярно оси образца, размещенного ДУ торцами держателей, подвешенных на струнах; и снабженных гнездаМИ, В которых расположены подпружиненные стержни дилатометра,противоположное концы которцх связаны с регулируемыми шарнирными опорами и соединены с чувствительными элементами датчиков перемещения, соединенных с регистрирующим прибором, причем оси стержней совпадают с плоскостями торцев образца. 2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что оба стержня выполнены из тугоплавкого материала . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Лифшиц; Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов. М., Машгиз, 1959, с. 320.

7920 858

2. Срвременное состояние высо-3- Авторское свидетельство СССР

котемпературной металлографииIf Э(7, кл. G 01 N 25/02, 1975

АН СССР НИИмашиноведения.М.,Наука, 197. (прототип).

Iff