Устройство для исследования микромеханических свойств материалов

(22) 17,10,89 (46) 30,08.92, (71) Волжски исследо вате шлифования(72) В.Ф.Бер денченко Бюл. М 323 филиал Всесоюльского институт ного научно- абразивов и ов, О.И.Пу ев и Т.С.Ру НИЯ АТЕтрат мматоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИД(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВМИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВРИАЛОВ Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования микромеханических свойств материалов (микротвердости, микрохрупкости и др.) методами вдавливания и царапания.Широко известны устройства для исследования микрамеханических свойств материалов методом вдавливания, в частности, устройство, содержащее корпус. на котором установлены с возможностью качания предметный стол для образца, и плоскопараллельные пружины, на которых закреплен индентор в виде штока с наконечником на одном конце и противовесом на другом, датчики для измерения нагрузки и глубины погружения индентора, взаимодействующие со штоком, узел регистрации в виде двухко(57) Изобретение относится к испытанию материалов, а именно к измерениям микро- твердости, микрохрупкости и др. методом вдавливания или царапания образца, Цель изобретения - повышение точности контроля и снижение трудоемкости измерений, Устройство содержит блок микроперемещений индентора, включающий пьезокерамические узлы со штоками, упругие кольца с тензодатчиками и электронную схему, включающую тензостанцию, компаратор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микро- ЗВМ, цифроаналоговый преобразователь, генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения. Повышение точности достигается за счет обеспечения равномерного вагружения, а снижение трудоемкости - эа счет автоматизации процесса измерений. 2 ил. ординатного регис ора, функциональный генератор. су р и согласователь уровня сигналов,Недостатком данного устройства является то, что результаты измерений в виде диафрагмы нагрузка-глубина внедрения требуют дальнейшей обоаботки для расчета искомых параметров, что в значительной мере усложняет процесс измерений, снижает его производительность, К тому же известное устройство позволяет проводить измерения только методом вдавливания и при исследовании методом царапания возникает необходимость в другом устройстве.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для исследования микротвердости материалов, содержащее корпус, закрепленные на. нем во взаимно перпендикулярных плоскостях пьезоэлектрические узлы со штоками,нагружающее устройство в виде двух упругих колец, расположенных одно над другими соединенных между собой перемычкой, скоторой взаимодействуют штоки пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах; генератор линейноизменяющегося напряжения, источник высокого напряжения, тензометрическуюстанцию и самописец, на котором записывается диаграмма зависимости глубинывдавливания от нагрузки и при склерометрии зависимость нормальной и тангенциальной составляющих усилия царапания отглубины царапания.Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что не обеспечиваетсяравномерность скорости внедрения индентора в образец при вдавливании или горизонтального перемещения индентора впроцессе царапания образца, Обработкарезультатов измерений также длительна итрудоемка,Целью изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости измерений,Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее корпус, закрепленные на нем во взаимно перпендикулярных плоскостях пьезоэлектрические узлы со штоками, нагружающий механизм выполненный в виде двух упругих колец, расположенных в одной плоскости, одно над другим, и соединяющей их перемычки, предназначенной для взаимодействия со штоками пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах,индентор, тенэостанцию, входы которой соединены с тензодатчиками, и последовательно соединенные генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими узлами, согласно изобретению снабжено соединенными последовательно коммутатором, аналого-цифровым преобразователем и микро-ЭВМ, компаратором, вход которого соединен с тензодатчиками а выход - с управляющим входом коммутатора, и цифроаналоговым преобразователем, вход которого соединен с блоком вывода микро-ЭВМ, а выход - со входом генератора линейно изменяющегося напряжения. На фиг,1 показана блок-схема устройства для исследования микромеханических свойств материалов; на фиг.2 - схема нагружающего механизма. 10 15 20 25 Устройство содержит блок микроперемещений 1, включающий два пьезоэлектрических узла 2, 3. нагружающий механизм в виде двух упругих колец 4, 5 с жесткой перемычкой 6, на которую давят при своем удлинении пьезоэлектрические узлы 2, 3 через штоки 7, 8, тензодатчики 9-12, закрепленные на упругих кольцах 4, 5, индентор 13, столик с испытуемым образцом 14, тензометрическую станцию 15, компаратор 16, вход которого соединен с тензодатчиками 9 - 12 блока 1 микроперемещений, а выход с коммутатором 17, вход которого соединен с тензостанцией, аналого-цифровой преобразователь 20, генератор линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22, выход которого соединен с пьезоэлектрическими узлами 2, 3, Результаты измерений фиксируются блоком вывода 23, включающим дешифратор и индикатор,Устройство работает следующим образом.В память микро-ЭВМ 19 вводят исходные данные о глубине и скорости внедрения индентора 13 в образец 14 или о глубине внедрения и скорости горизонтального перемещения индентора по поверхности образца, в зависимости от метода, которым будут проводиться испытания, Индентор подводят вручную к поверхности образца и включают микро-ЭВМ 19 на режим измерений, Получив сигнал на разрешение работы, микро-ЭВМ подает на входы цифроаналогового преобразователя 20 серию импульсов, которые преобразовываются в аналоговый сигнал, поступающий на вход генератора линейно изменяющегося напряжения 21, который в свою очередь управляет источником высокого напряжения 22, выходы которого подключены к пьезоэлектрическим узлам 2, 3.При испытании образца по методу вдавливания напряжение подается на пьезоэлектрический узел 2, он удлиняется и через шток 7 давит на перемычку 6,.индентор 13 при этом перемещается вниз. В местах наклейки тензодатчиков 9 внутренние волокна кольца.4 растягиваются, а наружные сжимаются. Деформация волокон приводит к изменению сопротивления тензодатчиков 9, собранных в мостовую схему, На диагонали моста появляется напряжение раэбаланса, котороеусиливается тензостанцией 15 и подается на коммутатор 17, В момент касания индентором 13 поверхности образца 14 начинается деформация волокон в точках наклейки тенэодатчиков 10, напряжение разбаланса мостовой схемы тензодатчиков 10 передается на коммутатор 17, Выход компаратора 16 подключен к входу разрешенияпрохождения сигналов коммутатора 17. Таким образам коммутатор 17 начинает пропускать сигналы только в момент касания индентором образца. Далее сигналы преобразуются аналого-цифровым преобразователем 18 в цифровую форму, подаются на входы микро-ЭВМ 19 и записываются в ее памяти, Микро-Э ВМ 19 отслеживает сигнал вертикального перемещения индентора 13, поступающий при разбалансе моста, собранного на тензодатчиках 9, и корректирует с помощью обратной связи цифроаналоговый преобразователь 20, генератор линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22, пьезоэлектрический узел 2 нагрузку на шток 7, Таким образом скорость внедрения индентора 13 в образец 14 поддерживается постоянной. При достижении заданной глубины внедрения индентора 13 в образец 14 микро-ЗВМ 19 снимает нагрузку и после возвращения индентора в исходное положение производит вычисления по программе и результат поступает на устройство вывода 23.При испытании образца царапанием микро-З ВМ 19 через цифроаналоговый преобразователь 20, генератор линейно изменяющегося напряжения 21, источник высокого напряжения 22 подает напряжение на пьезоэлектрический узел 2, индентор 13 внедряется в образец 14 на заданную глубину, при достижении которой микро- ЗВМ 19 посылает команду подачи напряжения на пьезоэлектрический узел 3, он удлиняется и через шток 8 давит на жесткую перемычку 6, индентор 13 начинает перемещаться в горизонтальном направлении, Сигнал горизонтального перемещения индентора 13 длина царапины) снимается с диагонали мостовой схемы, собранной на тензодатчиках 11, усиливается в тензостанции 15 и через коммутатор 17 передается на аналого-цифровой преобразователь 18, далее на входы микро-ЭВМ 19. С диагонали мостовой схемы, собранной на тензодатчиках 12, поступает сигнал, представляющий собой тангенциальную составляющую силы царапания, этот сигнал также передается на входы микро-ЗВМ 19. Сигналы в цифровой форме записываются в ячейках памяти микроВМ 19, а сигнал горизонтального перемещения индентора 13 отслеживается и в соответствии с его изменением корректируется напряжение на пьезоэлектрическом узле 3, т.е. нагрузка на шток 8 поддерживается таким образом, чтобы скорость горизонтального перемещения индентора 13 по поверхности образца 14 была равномерной,При достижении максимальной величины напряжения на пьезоэлектрическом узле 3 микро-ЭВМ отключает его и при нулевом значении этого напряжения отключает на пряжение, поданное на пьезоэлектрический узел 2. После возвращения индентора 13 в исходное положение микро-ЭВМ производит вычисления по программе и выводит результат на блок 23. Устройство 10 позволяет автоматически контролироватьвеличину микротвердости, микрохрупкости и других микромеханических свойств образца непосредственно в процессе внедрения индентора в образец при испытании вдав ливанием, либо в процессе горизонтального перемещения индентора по поверхности образца при испытании царапанием,Положительный эффект предлагаемого 20 устройства по сравнению с известным попрототипу заключается в повышении точности измерений за счет автоматической фиксации начала измерения и равномерного внедрения в образец или равномерного го ризонтального перемещения индентора поповерхности образца, а также снижение трудоемкости измерений за счет исключения операций ручной обработки результатов.30 Формула изобретенияУстройство для исследования ми кромеханических свойств материалов, содержащее корпус, закрепленные на нем во взаимно перпендикулярных плоскостях 35 пьезоэлектрические узлы со штоками, нагружающий механизм, выполненный в виде двух упругих колец, расположенных в одной плоскости, одно над другим, и соединяющей их перемычки, предназначенной для 40 взаимодействия со штоками пьезоэлектрических узлов, тензодатчики, закрепленные на упругих кольцах, индентор, тензостанцию, входы которой соединены с тензодатчиками, и последовательно соединенные 45 генератор линейно изменяющегося напряжения и источник высокого напряжения, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими узлами, отл и ча ю щеес я тем, что, с целью повышен.я точности контроля 50 и снижения трудоемкости измерений, оноснабжено соединенными последовательно коммутатором, аналого-цифровым преобразователем и микроЭВМ. компаратором, вход которого соединен с тензодатчиками, 55 а выход - с управляющим входом коммутатора, и цифроаналоговым преобразователем, вход которого соединен с блоком вывода микроЭВМ, а выход - с входом генератора линейно изменяющегося напряжения.1758499 Составитель Н,КияненкоТехред М,Моргентал Корректор И.Шмакова Редактор О.Спесивых Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород ул.Гагарина, 101 Заказ 2993 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5