Способ контроля твердости материалов и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ .(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 060781 (21) 331 б 830/25-28 Соеэ Советскняф Социалистических Республик р)989378 Р 1 М К з 01 М 3/42 с присоединением заявки Ко 3314346/25-28 Государственный комитет СССР до деяам изобретений и открытийДата опубликования описания 17.0183 Б.В. Лаврентьев, Ю.И. Урецкий, Л.Л. Каубрак; и Р.М. Смелянский(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВИ УСТРОЯСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к испытательной технике,аименно к методам злект-.роакустического контроля твердостиматериалов.5Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому эффекту является способ контролятвердости материалов, заключающийсяв том, что в материал вдавливают индентер, возбуждают его колебания ипо частоте колебаний судят о твердости испытуемого материала1.Способ контроля твердости материалов осуществляется устройством, содержащим магнитострикционный стержень, 5индентор,жестко закрепленный на стержйе, инерционную массу и пружину,взаимодействующие со стержнем, индикатор, катушку возбуждения стержня,последовательно соединенные датчикколебаний стержня и усилитель 1.Недостатком известных способа иустройства является низкая точностьконтроля твердости, обусловленнаявлиянием на результат измерений модуля упругости испытуемого материала.Цель изобретения - повьааение точности измерения твердостиуказанная цель достигается тем,что согласно способу контроля твер- . З 0 дости материалов, заключающемуся в том, что в материал вдавливают.индентор и возбуждают его колебания, колебания возбуждают импульсным воздействием, измеряют декремент затухания колебаний и по его величине судят о твердости материала.Отличие устройства, позволяющего осуществить способ состоит в том, что оно снабжено последовательно соединенными первым амплитудньзк детектором, первым блоком стробирования, первым блоком логарифмирования, вторым амплитудным детектором и арифметическим блоком,Выход которого сОЕдинен со входом индикатора, последовательно соединенньваи блоком задержки, первым Формирователем строб-импульсоь, вторым блоком стробирования, вторым блоком логарифмирования и третьим амплитудным детектором,выход которого подключен ко второму входу арифметического блока, вторым формирователем строб-импульсов, выход которого подключен ко второму входу первого блока стробирования, и генератором импульсов, выход которогосоединен с катушкой и входами второго Формирователя строб-импульсов и блока задержки, выход усилителя соединен со входомпервого амплитудного детектора, выход которого соединен со входом второго блока стробирования.На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа, на фиг.2 - эпюры напряжений в различ ных точках электронной схемы.Устройство для контроля твердости материалов содержит магнитострикцион- . ный стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2, инерционную массу 3 10 пружину 4 сжатия, катушку 5 возбуждения стержня 1, последовательно соединенные датчик б колебаний стержня, усилитель 7, первый амплитудный детек ,тор 8, первый блок 9 стробирования,первый блок 10 логарифмирования, вто,рой амплитудный детектор 11, арифме; тический блок 12, индикатор 13, последовательно соединенные генератор: 14 импульсов, блок 15 задержки, пер" вый формирователь 16 строб-импульсов, второй блок 17 стробирования, второй блок 18 логарифмирования и третий амплитудный детектор 19, выход которого подключен ко второму входу аРиф метического блока, а также второй формирователь 20 строб-импульсов. Выход генератора 14 импульсов соединен также со входом второго Формирователя 20 строб-импульсов и с катушкой 5 возбуждения стержня 1, выход второго формирователя 20 строб-импульсов соединен со вторым входом первого блока 9 стробирования, а выход первого амплитудного детектора 8 со вторым входом второго блока 17 Зэ стробирования. Устройство работает следующим об"разом.Индентор 2 под действием силы 4 О пружины 4 вдавливается в испытуемый материал 21, Колебания магнитострикционного стержня 1 возбуждают с помощью импульса тока, создаваемого генератором 14 в катушке 5. Форма импуль сов напряжения Б на выходе генераГтора показана на фиг,2.Под действием импульсного воздействия в стержне 1 возникают акустические колебания, которые приводят к появлению сигнала на выходе датчика б например, пьезоэлемента) и напряжения сигнала Пс на выходе усилителя 7, Несущая частота импульсов Ос является резонансной частотой свободных акустических колебаний стержня 1, определяемой глубиной погружения индентора 2 в испытуемый материал 21, т.е. твердостью последнего и его модулем упругости. Декремент же затухайияимпульсов О характеризует 60 потери энергии колебаний в стержне и зависит от площади контакта индентора 2 с контролируемым материалом 21, так как часть энергии, передавае" мая материалу, пропорциональна пло" 65 щади контакта индентора 2 с материалом, В то же время площадь контактаопределяется глубиной погружения индентора, т.е. твердостью материала.Под этом потери энергии, а следовательно, и декремент затуханиянезависит от модуля упругости материала.После детектирования первым ампли"тудным детектором 8 импульсы сигналаприобретают вид однополярных импульсов Ц(фиг.2 в). Эти импульсы поступают на сигнальные входы блоков 9 и17 стробирования. На вход управленияпервого блока 9 стробирования поступают строб-.импульсы 0 С фиг.2), Формируемые вторым формирователем 20 стробимпульсов из выходных импульсов Огенератора 14 таким образом, что передний фронт строб-импульсов Цсвидетельствует вовремени переднемуфронтуимпульсов О 9 . Выходное напряжение Осйервого блока 9 стробирования,действующее значениекоторого пропорционально амплитуде О импульса ц, черезпервый блок 10 логарифмирования ивторой амплитудный детектор 11 поступает на первый вход арифметического блока 12Это напряжение пропорционально величине ЬЦ,На вход управления второго блока17 стробирования поступают стробимпульсы Ц( фиг. 2), Формируемыепервым Формйрователем 16 строб-импульсов. Импульсы Ц (фиг.2 д) сдвинутыотносительно имйульсов Ос (фиг. 2) навремя Т , определяемое настройкойблока 15 задержки. Выходное напряжение О с второго блока 17 стробирования, действующее значение которогопропорционально мгновенному значениюимпульса 0(фиг.2) в момент времени1=7, через второй блок 18 логарифмирования и третий амплитудный детектор 19 поступает на второй входарифметического блока 12. НапряжениеЦсспропорционально логарифму значения огибающей сигнала О (фиг.2)в момент = Т . В арифметическомблоке осуществляется операция вычитания сигналов и учет постоянного коэф.фициента. Импульс Оу (Фиг.2 в) описывается уравнением0 "где- декремент затухания,В момент=7 получаем ОЖ)=ОО 8Тогда С О откудаСи(Оо-Сио(Т)1.-р О(т)То есть разность сигналов отличаетсяот величины декремента лишь постоянным коэффициентом.Выходное напряжение арифметического блока 12 поступает на вход индикатора 13, проградуированного в единицах твердости материала,Способ, осуществляемый устройством контроля твердости материала,позволяет исключить влияние модуля упругости на результаты измерений, повысить качество и точность контроля.Формула изобретения1Способ контроля твердости материалов, заключающийся в том, что в материал вдавливают индентор и возбуждают его колебания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью . повьзаения точности, колебания воз" буждают импульсным воздействием, измеряют декремент затухания колебаний и по его величине судят о твердости материала.2. Устройство для осуществления способа контроля твердости материалов, содержащее магнитострикционный стержень, индентор, жестко закрепленный на стержне, инерционную массу и пружину, взаимодействующие со стержнем, индикатор, катушку возбуждения стержня, последовательно соединенные датчик колебаний стержня и усилитель, о т л и ч а ю щ е е -: с я тем, что оно снабжено последовательно соединеннымипервым амплитуд.ным детектором,первымблоком стробирования,первым блоком логарифмирования, вторьм амплитудным детектороми арифметическим блоком, выход которого сое 5 дннен со входом индикатора, последовательно соединенными блоком задерж ки, первым формирователем строб-им-: пульсов, вторым блоком стробировани, вторым блоком логарифмирования и 10 третьим амплитудным детектором, выход которого подключен ко второму входу. арифметического блока, вторьэе формирователем строб-импульсов, выход которого подключен ко второму 35 входу первого блока стробирования,и генератором импульсов, выход которого соединен с катушкой и входамй второго Формирователя строб-импульсов и блока задержки, выход усилителя соединен со входом первого амплитудного детектора, выход которого сое- .динен со входом второго блока стробирования. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. 1. Авторское свидетельство СССР В 297900, кл, 601 И 3/48, 1969.989378 Редактор каз 11110/59 Тираж 871 Подл ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., е д. 4/5 л. Проектн Филиал ППП Патент жго Составитель Е, МихайловКиштулинец ТехредТ.Фанта КорректорМ. Кос