Высокотемпературный твердомер

ГОсудАРстВеь .лй комитет10 ИЗОБРЕТЕНИЯГ 1 И ОТ КРо 1 ГИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ С" И 4=(2) 31,10,884 б) 30.08,92, Бюл. М 3271) Институт проблем прочнссти АН УССР(72) В, П, Кращенко и О, Б, Оксаметная56) Авторское свидетельство СССРЪ 93254, кл. О 01 Ч 3/54, 1950,54) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТВЕРДОМЕР,57) Изобретение относится к Аспытательной технике, Цель Азобретения - расширение технологических возможностей,Установка содержит герметичную камеру,включающую плиту, узел нагружения образца с поворотной державкой и индентооом,механизм перемещения индентора, поводок которого соединен с державкой, и егопривод, печь, установленную на плите,включающую муфель с гнездом для установИзобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для определения твердости материалов при высоких температурах в вакууме или среде защитных газов,и может быть использовано в лабораториях по исследованию механических характеристик материалов.Известен прибор для определения твердости материалов, содержащий поворотный стол, предназначенный для установки на нем образца в форме диска, и приспособление для нанесения радиальных царапин на поверхности образца. выполненное в виде подпружиненного и нагружаемого сменным грузом стержня с индентором, установленного над образцом, В данном устройстве индентор перемещается по образцу в радиальном направлении. Кинематическая схема силонагружения прибора показывает,хл образца, нагрева Гельный элемент раз МЕЩЕННЫЙ ВНУТРИ МУфЕЛЯ, КОЖУХ И КОРггУС. НОВЫМ В уСтрОйетВЕ яВЛявтСя ВЫПолНЕНИО Державки Г-образной формы, поводок соеДинен с Державкой таким Образом, что вершина индентора лежит на его оси, а центр масс узла нагружения совмещен с вершиной индентора, Установка снабжена приводом поворота печи, установленным на плите, кожух печи снабжен узлом взаимодействующим с упомянутым приводом почорота, муфель жестко саед нен с йерхнеА частью кожуха, межд 1 кожухом и муфе.лем, а -акке вокруг кожуха установлены трубчатые экраны, Привод механизма пеоемещения по отношению к поводку сориентирован под прямым углом, а привод поворота у"тановлен аксиально оси печи, 8 ил что при внедрении индентора и последующем его перемещении по поверхности образца определенное влияние на величину твердости будет оказывать сила Р сопротивления материала перемещению индентора при царапании,Известен также микротвердомер, пазвогяющий проводить испытания методом царапания. Он снабжен механизмом координатного перемещения. обеспечлва:Ощим движение держателя с индентором в двг взаимно перпендик,лярных направлениях, Кинематическая схема гилонагружения прибора показана на Фиг, б Приложени . Нагружаошая систеиа выполнена таким образом, что царапину можно наносить на Образце в направлении оси рычага, на котором укреплен индентор, и в перпенди;уляоном оси рычага направлении, Образец при этом10 40 50 остается неподвижным, Преимуществом такого прибора является то. что сила Е сопротивления материала перемецению индентара не создает дополнительный момент относительно оси рычага,Так как жесткость подвижной части.нагружающего устройства в двух взаимно перпендикулярных направлениях различна, то это не позволяет создать одинаковые услоеля при царапании поверхности образца в этих двух направлениях, что влияет на точ,1ность определениятвердости,Наиболее близким г а технической сущности и достигаемому результату к изобретению является высокотемпературный твердамер, содержащий вакуумную камеру, размещенные в ней предметный стол для крепления образца, нагреватель, установленную с возможностью вращения державку с индентором и сменными грузами и механизм перемещения индентора вдоль поверхности образца, выполненный в ниде корпуса, установленного в нем привода возвратно поступательного перемещения с поводком, связанным с осью вращения держаеки индентора и упор, установленный с возможностью взаимодействия с державкой. Исследуемыл Образец со шлифом помещают в гнезде печи и подвергают царапаниа па шлифу наконечником индентора с грузом, пег. емещаемого посредством равномерного вращеия винта,Преимуществом прибора по сравнению с известными является возмокнасть проведения испытаний на микротвердость па способу царапания как при комнатной температуре, так и при негр"ве,Однако прибор обладает рядом недо- статкОВ, Основным из кагааых является то, что он не позволяет определять статическую твердость исследуемых материалов,Цель изобретения - расширение технологических вазможностей путем опаеделения и статической твердости.Поставленная цель достигается тем, что в установке для определения твердости материалов при высоких температурах, содержащей вакуумную камеру, размещенные в ней предметньй стол для крепления образца, нагреватель, установленную с Возможностью вращения державку с индетарам и сменными грузами и механизм перемещения индентора вдоль поверхности образца, выполненный в виде корпуса, установленного в нем привода возвратчо поступательного перемещения с поводком, связанным с осью вращения державки индентора и упор, установленный с возможностью взаимодействия с державкай, согласно изобретению, ана снабжена установленными В поводке и подпружиненными относительно корпуса механизма перемещения индентора штоком с цапфами, связанным с ним и шарнирно с державкой рычагом с пазом. При этом цапфь 1 размещены в пазу рычага, а упор расположен на рычаге,Такое выполнение прибора позволяет определить твердость как методом царэпания, так и методом вдавливания, чта расширяет его технологические вазможности,На фиг, 1 изображена установка для определения твердости материалов при высоклх температурах, продольый разрез; на фиг. 2-та же, вид справа, продольный разрез; на флг. 3 - механизм перемещения индентара в разрезе), вид сверху; на фиг. 4 - кинематическая схема механизма перемещения державки с индентором в исходном положенил и при нанесении царапины; е приложении Гриведены - кинематическая схема нагружения аналога 1 фиг. 5), аналога 2 (флг. б), прототипа (флг. 7) и заявляемой установки фиг, 8),Установка для определения твердости материалов при высоких температурах содержит герметичную камеру 1, состоящую из ПЛРпы 2 и кожуха 3, внутри которой оаспалажен механизм 4 продольного перемещения с индентором 5, Механизм 4 продольного перемещения соде;жит кори гс е,отарам вьполнены деа лекащих е одной плоскости взаимно перпендикулярные Отверстия, в Одном из которых установлена тГВ , езэимадейстеуюшая с приводам перемещения на чертеже не показан), а в другом отверстии располахен поводок О, с одной стороны хотарага креплна с возможное ью пг.еарата держаека ч, а с др той - шток 10, жеспа связанный с каретксй 11, снабженной цафами 12 см, фиг, 3), Каретка 11 подпружинека отнаслтельно корпуса 6 пружинами 13, На каретке 11 установлен та:же рычаг :. , . уларам 15 таким образом, чта один его конец имеет Возможность поворота на держа екееокруГ аси 16, а другой имеет возмаж - ость Главорста вокруг цапф 12 и смещен и 1 ат цапф 1 2 вверх, При этом ось цгпф " г,ерпедикулярна Оси повадка 8, Упор 15 установлен с возмолнастыа езаимодеЙСГВРя с держгекай В, Рычаг 34 связан с 7 ЯГОЙГ 1 асредсгеам шака 10 и гибкого упру ого элемента 17, который поддерживается роликом 18, Ось паводка 8 и ось поворота держаеки 19 рас- ПОЛОЖЕНЫ В ПЛОСКОСТИ ИССЛЕДУЕМО ПОЕЕР), - ности образца 20,г"Р 1 стема на, ружения инд Р Оаа 5 саста- ИТ ИЗ деуХ ПЛОСКИХ Груэов 21,СМ ,.Р Г, ,.1 поде:-,шенных с дех старое Г".:пеосикь 2 и подобранных таким образа г,.трется в образец 20 (см, фиг,4). Далее каретка 5511 соприкасается с поводком 8 и совместно перемещаются шток 10 с кареткой 11, поводок 8, державка 9 с размещенными на ней грузами 21 и индентором 5, в результате чего на поверхность образца 20 наносится масс всей нагрухающей системы совпадает с острием индентора 5.На плите 2 расположена поворотная электрическая печь, когорая включает в себя неподвижно установленный на плите 2 охлаждаемы.: корпус 23 с нагревательным элементом "4 и токовводом "5 и набор внутренних 28 и наружных 27 экранов, вращающихся вокруг своей оси, кожух 28 с укрепленным на нем муфелем 30, в гнезде которого установлен образец 20,Установка снабжена приводом поворота, включающим зубчатое колесо 3, расположенное соосно оси печи на корпусе 23 с возможностью поворота вокруг своей оси, и вал-шестерню 32, взаимодействующую с ним, На валу-шестерне 32 (на проти.сположной стороне плиты 2)установлена также шестерня 33, взаимодействующая с зубчатым колесом 29,Подачу защитного газа в камеру 1 или создание вакуума в ней осуществляют через патрубок 34.При необходимости нанесения царапины только в одном направлении (от центра к периферии) предусмотрен упор 15, при необходимости нанесения царапин в двух направлениях (от центра и к центру) предусмотрен фиксатор 35, а при наобходлмости испытания методом вдавллвгния предусмотрен фиксатор Зб.Испытания на поедлагаемои установке осуществляют следующим образом. Образец 20 с термопарой (на чертеже не показано) устанавливают в гнезде муфеля 30, Поужины 13 при этом удерживают каретку 11 в крайнем правом положении. Камеру 1 закрьвают кожухом 3 и через патрубок 34 осуществляют откачку воздуха иэ нее, После остижения необходимого вакуума ( 10 Па), на нагреватель 24 посредством токовводов 25, расположенных на фланце 23, подают электропитание и производят нагрев образца до заданной температуры, Затем включают поивод перемещения (на чертеже не показан 1 который приводит в движение тягу 7, которая, в свою очередь, при помощи гибкого упругого элемента 17 перемещает шток 10 с кареткой 11 и установленным на ней рычагом 14. При движении каретки 11 влево рычаг 14 отклоняется,упор 15 смещается от державки 9, индентор5, нагруженный грузами 21, расположенчыми на поперечине 22, опускается и внедря 10 л " 20 25 30 35 40 45 50 царапина. При достижении крайнего левого пложения поводка 8 привод перемещения оключают. Затем включают привод вращения(на чертеже не показа:), который приводит ь движение вал-шсстерн:о 32 и дог;алнительную шестерню РЗ, ко:.т. Тпруюшую с зуб.атым колесом 29 кс;";уха 28, Ло этом кохсух 8 и установленный е ,ем фель ЗС с образцом 20 поворачива:.;сея и заданный угол, коорый контроли,.;уют с по мощью указатель угла поворспа 3:, Пое с этого снова Включают и;ивод перемеще Ия КПТООЫй ПЕГйМЕ рвт Я;у, =с:. -, Гл; кины 13 ат алнваст-тк " в и .правок) положение Гы .",г 1 с. -;О,ясь вокруг оси 16, занимает вертккль.:ое положение, упор 15 пои этом коснеть ржавки 9, а са:а деркавка 9 позер,ет; индентор 5 поднлмется, Затем системз псводок-держава перемещает индь тор 5 в свое первоначальное крайнее правое положение, Установка готова к очередному нанесению царапины.При исследовании зависимости твердости материалов ст те,",- пературы царапины наносятся нз образец при разных температурах под определенным углом друг Относительно доуга в радиальном направлении, В случае необходимости нанесения царяп,ны в обоих направлен. ях (на прямом и обоатном ходе) дос.аточно при г омощи винта 35 соединть шток 10 с поводком 8 в положении. когда между их торцами нет зазора.После нанесения серии царапин электропитание., псдаваемое на токовводы 25, отключаютт, Камеру 1 охлаждэют, снимают кожух 3 и извлекают образец 20. Нз микроскопе измеряют ширину царапины и по ней вычисляют значения твердости, используя известную формулу, например, для ин,",ентора с наконечником в виде четы реха раиной пирамиды с квадратным основанием при царапании ребром 0,3782 РНор =.бсгде Г - нормальная нагрузка, Н, приложенная к наконечнику;в - ширина канавки в мм,В приложенил показаны схемы распр=- деления усилий, воздействующих ча инде 1- тор при его внедрении и пере.:,ещении О образцу для двух аналогов (фиг. 5 и 6)., прототипа (фиг, 7) и предлагаемого устрой; тва фиг, 8), где: Р - нагрузка на индентор; ь - сила сопротивления материала Образца внедрению индентора; Р - сила сопротивления материала образца внедрению индентора; Р - сила сопротивленля материала образца перемещению индентора по егоповерхности;- плечо, которое принято равным 1. На рисунках фиг. 58 также показаны для каждой из схем наггужения уравнения равновесия этих сил относительно точки А(фиг, 1, ось 16), из которых виДно, 5 что наиболее рациональной является схема нагружения предлагаемой установки, т.е, взаимное расположение груза, поводка, державки и индентора исключает появление момента, создаваемого силой А сопротивле ния материала перемещению индентора, что значительно уменьшает вибрацию во время нанесения царапины. В установке предусмотрена возмож ность исследования твердости материалов также методом вдавливания. Для этого необходимо поводок 8 укрепить в корпусе 6 с помощью винта 36. При этом после внедрения индентора 5 в образец 20 и некоторой 20 выдержки индентора 5 под нагрузкой снова включают привод перемещения. Пружины 13 отталкивают каретку 11 в исходное правое) положение. Рычаг 14, поворачиваясь вокруг оси 16, занимает вертикальное поло жение, упор 15 коснется державки 9, а сама державка 9 повернется и индентор 5 поднимется, Затем включают привод вращения, который приводит в движение вал-шестерню 32 и дополнительную шестерню 33, кон тактирующую с зубчатым колесом 29 кожуха 28, При этом кожух 28 и установленный в нем муфель 30 с образцом 20 поворачиваются на заданный угол, который контролируют с помощью указателя угла поворота 31. Ус тановка готова к очередному нанесению отпечатка. Число твердости по методу статического вдавливания пирамидального индентора определяют как среднее давление на площадь отпечатка из формулыНЧ = - - - 1,8544 -- ;Е 22где Р - нагрузка на образец, пеоедаваемая через пирамидальный индентор, Н; Е - площадь поверхности пирамидального отпечатка, мм; 2 у -угол между противоположными2,гранями пирамиды 1360); в - среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, мм.Формула изобретения Высокотемпературный твердомер. со. держащий вакуумную камеру, размещенные в ней предметный стол для крепления образца, нагреватель, установленную с возможностью вращения державку с индентором и сменными грузами и механизм перемещения индентора вдоль поверхности образца. выполненный в виде корпуса, установленного в нем привода возвратно- поступательного перемещения с поводком. связанным с осью вращения державки индентора, и упор, установленный с возможностью взаимодействия с державкой, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем определения и статической твердости, он снабжен установленным в поводке и подпружиненным в поводке и подпружиненным относительно корпуса механизма перемещения индентора током с цапфами, связанными с ним и шарнирно с державкой рычагом с пазом, при этом цапфы размещены в пазу рычага, а упор расположен на рычаге.