Прибор для испытаний материалов на микротвердость

(19) . (1 29 01 й 3(46 АТЕНТНОЕ ОМСТВО ССС ПАТЕНТ ССС ПИСАНИ ВТОРСКОМУ СВ ТЕНИ ИДЕТЕЛЪСТВУ 4816775/28(22 (46 19.04,9007.02,93, Бюл. М 5Киевский институтй авиации и ИнстиАН УССР В,В.Запороже женеров граждант химии поверхно 7 ст (72 ц, И.М.Закаев и Ю.А,НИ и М (54 ЛО (57 но де вд Ф ких бор дат тся к испытательустройствам опрести по глубине м, и может быть исвания и контроля Изобретение отно ехнике, а именно ния микротверд ливания индентор зовано для иссле й вда пол пок ытий, тонких и тер алов,звестен микр изм рение микротв мер нии диагонали оверхностных слоев маотвердомер,ердости осноотпечатка, овнедрении ивестного "иая точностьия неавтомаливэния инд в которомвано на из- бразующендентора, кротвердоизмерения тизированентора, отгося в образце при едостатком из является низкиспользован мер из-з ного процесса вдАвторское свидетельство СССР 73581, кл, 6 01 1 ч 3/42, 1973. Авторское свидетельство СССР 86316, кл. О 01 1 ч 3/46, 1973, ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАНА МИКРОТВЕРДОСТЬ Изобретение относится к испытатель- технике, а именно к устройствам опреения микротвердости по глубине ливания, и может быть использовано исследований, оценки и контроля тонповерхностных слоев материалов, При-. содержит электромагнит с якорем; ик перемещения, индентор, упругие пружины, траверсу, блок управления, причем якорь электромагнитавыполнен в виде постоянного магнита, размещенного внутри и снаружи катушки электромагнита, а датчик перемещения выполнен в вйде дифференциально соединенных катушек индуктивности с якорем, подключенных к катушке электромагнита и-устройству регистрации посредством блока управления, Катушка электромагнита подключена к устройству регистрации и программному блоку посредством блока управления и соединена с якорем датчика перемещения и индентором посредством штока. Якорь электромагнита и корпус катушек индуктивности датчика перемещения соединены с траверсой. Предлагаемое изобретение позволяет расширить диапазон измерений микротвердости материалов при малых нагрузках, а также реализовать исследования при программном и циклических режимах нагружения. 1 ил. 3О сутствия возможности фиксирования мо д мента касания индвнтора с испытуемой по Я верхностью материала и определения о истинной глубины внедрения индентора.фИзвестен 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, 1793294, Недостатком известного устройства является низкая точность измерения микро- твердости, обусловленная использованием механотронных преобразователей, стабильность работы которых не обеспечивается из-за колебаний температуры, инерционность системы нагружения и разгружения из-за использования шарнирно- рычажных механизмов,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является прибор для измерения микротвердости (см. авт.св, % 386316, МКИ4 6 01 и 3/46, 1973), содержащий индентор, нагружающее устройство, выполненное в виде электромагнита с якорем, подключенного к нему блока нарастающего тока, снабженного регулятором скорости нагружения, датчик перемещения индентора, снабженный сигнализатором достижения заданной глубины, механизм перемещения образца, микроскоп, отсчетное устройство; причем якорь нагружающего электромагнита совмещен с тубусом микроскопа,Недостатками известного прибора яв-. ляются низкая точность измерения микро- твердости из-за использования утяжеленной системы нагружения (конструктивного совмещения якоря, электромагнита, внедряющегося индентора, датчика перемещения, следящего рычага и тубуса микроскопа); невозможность исследования микротвердости материалов при программ" ной 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 выполнен 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 посредствомштока, а якорь электромагнита и корпус ка 5тушек-индуктивности датчика перемещениясоединены с траверсой,Предложенное техническое решениепозволяет расширить диапазон измерениймикротвердости при малых нагрузках за"0 счет облегчения системы нагружения и произвести исследования микротвердости припрограммном и циклических нагруженияхза счет использования низкоинерционногоавтоматизированного управления процес 15 сом нагружения и разгружения.На чертеже представлена структурнаясхема прибора.Прибор для испытаний материалов намикротвердость содержит катушку электро 20 магнита 1, якорь электромагнита 2 соединенс постоянным магнитом 3 и размещен внутри и рнаружи катушки электромагнита 1,Якорь электромагнита 2 соединен с траверсой 4, Катушка электромагнита 1 соединенас якорем 5 датчика перемещения 6 и индентором 7 посредством штока 8. Шток 8 спомощью плоских упругих пружин 9 соединен с траверсой 4, Корпус датчика перемещения 6 соединен с траверсой 4.30 Дифференциально соединенные катушки индуктивности датчика перемещения 6подключены посредством блока управления10 к устройству регистрации 11 и катушкеэлектромагнита 1, которая подключена к ус 35 тройству регистрации 11 и программномублоку 12 с помощью блока управления 10,Образец 13 установлен на столике 14 иможет перемещаться в горизонтальной плоскости вручную или автоматически,40 Прибор работает следующим образом.Перемещением траверсы 4 выбираютйеобходимую высоту зазора между индентором 7 и образцом 13, который закрепляютна столике 14,45 После включения прибора катушкаэлектромагнита 1 занимает нейтральное положение. С помощью программного блока12 задают закон изменения тока для режиманагружения и разгружения (синусоидаль 50 ный, треугольный, прямоугольный). амплитуду тока (уровень нагружения), частоту тока(скорость нагружения), количество повторно-статических или циклических нагружений, время выдержки.55 Посредством блока управления 10 подают ток на катушку электромагнита 1, которая начинает опускаться, перемещаявниз шток 8 с индентором 7 и якорь 5 датчика перемещения, В момент касания индентора 7 с образцом 13 осуществляется1793294 в д Р и л а н 15 25 30 ограммы поразец 13,Примеектромагнита ставление "0" нагрузки,.От катушек инктивности датчика перемещения 6 электческий сигнал в момент касания дентора образца поступает в блок управния 10, где осуществляется уменьшение плитуды управляющего сигнала, поступацего с программного блока 12 к катушке ектромагнита 1 на величину соответствуей уровню упругих деформаций пружин относительно траверсы 4.В процессе нарастания токадо заданго уровня и одновременного процесса угбления индентора 7 в образец 13 в тройство регистрации 11 поступают два гнала, Один сигнал от катушек индуктивсти датчика перемещения 6, фиксируюий изменяющийся уровень глубиныедрения индентора 7 в образец 13, а друй сигнал откатушки электромагнита 1, фикрующий изменяющийся уровень тинной нагрузки,После выполнения заданной програм-нагружения с программного блока 12 дается сигнал в блок управления 10, где оисходит изменение полярности тока, поваемого на катушку электромагнита 1, В зультате катушка электромагнита 1 начиет плавно подниматься и перемещает ерх шток 8 с индентором 7, После умень- ения уровня тока до нуля с программного ока 12 подается сигнал в блок управления для последующей реализации заданной недрению индентора 7 в . Для применения як ложной формы испольэю постоянный магнит, который закрепл ют в центре цилиндрического стальноформула изобретения Прибор для испытаний материалов на м кротвердость, содержащий шток с индент ром на конце, механизм перемещения образца, датчик перемещения индентора, электромагнитное нагружающее устройст- вО, взаимодействующее со штоком, регистратор и блок управления, выход которого сЬединен с датчиком перемещения индентбра, а выход - с регистратором, о т л и ч а ю- Щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных взможностей, он снабжен программным блоком, датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных сооснх катушек индуктивности и раэмещенно- гО в зазоре между ними якоря, зэкрепленного на штоке, электромагнитное нагружающее устройство выполнено в виде 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 сердечйики из карбонильного железа СБ, Корпус датчика перемещения и якорь электромагнита соединяют с траверсой, например, прибора ПУТ - 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 микро- твердости материалов и покрытий при малых нагрузках, а также реализовать исследования прочностных свойств поверхностных слоев материалов при программном и циклических режимах нагружения. 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 индуктив ности электромагнитного нагружающего устройства, выход является выходом блока управления, а регистратор выполнен двухкоординатным и его второй вход соединен с катушкой индуктивности электромагнитного нагружающего устройства,Реда орректор С.Пек Заказ 498 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-иэдательски инат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101