SU1147950A1 - Instrument for determination of material mechanical properties - Google Patents

Abstract

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагру- жени  индентора, установленный на станине , пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плоскопараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, о тличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности и производительности испытаний, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, св занной с д корпусом дополнительной парой плос- . (Л копараллельных пружин, упора, расположенного на корпусе и взаимодействую с ющего с опорой, и пары стр5П1, концы которьЕх закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки вьшолнены в ввде второй пары струн, концы которых закреплены На штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитом, охватывающим все струны. 4 | со ел DEVICE FOR DETERMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS, containing a frame, an object table, a rod with an indenter, an indenter loading unit mounted on the frame, a spring suspension connected and made as a pair of plane-parallel springs fixed in the housing, a load gauge and a print depth and measuring scheme, which is characterized by the fact that, in order to increase the accuracy and performance of the test, the imprint depth gauge is made in the form of a support covering the stem, connected to the additional housing plane-. (L of parallel springs, an emphasis located on the body and interacting with the support, and a pair of P5P1, the ends of which are fixed on the rod and the support, load meters are filled in the second pair of strings, the ends of which are fixed on the stem and the body, and the device is equipped with a magnet covering all strings. 4 | w

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  испытани  материалов, а имен но к приборам дл  измерени  микрои макротвердости и других физикомеханических свойств методом вдавлив .ани  индентора, в том числе к прибо рам, осуществл кицим непрерьгеную регистрацию процесса вдавливани  с нулевых значений глубины отпечатка и нагрузки на индектор. Известен прибор дл  испытани  материалов методом записи кинетической диаграммы вдавливани  индентора. В этом приборе датчик глубины отпечатка закреплен на предметном столе и перемещаетс  вместе с HIIM относительно индентора D 3Однако дл  каждого определенного испытани  необходимо датчик выставит1 по высоте испытьгааемого образца развернуть в рабочее положение и зак репить. Кроме того, перед каждым испытанием индентор должен быть -уста новлен на некотором малом рассто нии от образца дл  обеспечени  регистрации момента касани  его с образцом. Это уменьшает производительность испытаний и удобство обслуживани , снижает точность прицельного нанесени  отпечатка и определени  момента касани  индентора с образцом, а также увеличивают веро тность случайной поломки датчика. Известен прибор дл  определени  механических.свойств материалов, содержащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружени  индентора, установленный на станине, пружинную подвеску, соединенную со штоком, и вьшолненную в виде пары плоскопараллельных пруткин, закреплен ных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схеЯу. Измерители нагрузки и глубины отпечатка выполнены в виде датчиков чувствительные органы которых взаимодействуют со штоком 2. Недостатками известного прибора  вл ютс  невысока  точность нанесени  прицельного отпечатка и измерени  его глубины, а также пониженна  производительность испытаний из-за необходимости расположени  перед началом испытаний индентора над испытываемой поверхностью с определенным зазором. Цель изобретени  - повышение точности и производительности испытаний Поставленна  цель достигаетс  тем, что в приборе дл  определени  механических свойств материалов, содержащем станину, предметный стол, щток с индентором, узел нагружени  индентора , установленный на станине, пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плоскопараллельных пружин, закрепленньк в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, св занной с корпусом дополнительной парой плоскопараллельных пружин, упора, расположенного на корпусе и взаимодейСТв тощего с опорой, и пары струн, концы которых закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки вьтолнены в виде второй пары струн, концы которых закреплены на штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитси, охватывающим все струны. На фиг. 1 изображена кинематнчес-. ка  схема прибора; ,на фиг. 2 - прибор , продольный разрез; на фиг. 3 разрез А-А на фиг, 2i на г. 4 разрез В-Б на фиг. 2; на фиг. 5-8 кинематические схемы различных вариантов вьлолнени  прибора. Прибор содержит предметный стол 1, шток 2 с индентором 3, узел нагружени  индентора 3, установленный на станине (не показана), корпус 4, жестко св занный с узлом 5 нагружени . Шток 2 и корпус 4 соединены с помощью пары плоскопараллельных пружин 6, концы которых жестко закреплены в корпусе 4. Шток 2 снабжен кронштейнами 7 и 8, а корпус 4 - кронштейнами 9 и 10. Измеритель нагрузки прибора выполнен в виде дифференциального струнного датчика, щеющего пару струн 11 и 12, концы которых закреплены на кронштейнах 7 и 8 штока 2 и кронштейнах 9 и 10 корпуса . В приборе имеетс  измеритель глубины отпечатка, содержащий опору 13 с наконечником 14 и контргайкой 15, охватывающую шток 2 и св занную с корпусом 4 дополнительной парой плоскопараллельных пружин 16. В измерителе глубины отпечатка имеетс  дифференциальный струнный датчик, содержащий пару струн 17 и 18, концы которых закреплены на кронштейнах 19 .и 20, выполненных на штоке 2, и кронштейнах 21 и 22, выполненных на опоре 13. Струны 11 и 12, 17 и 18 охвачены магнитом 23, создающим посто м нее магнитное поле, общее дл  всех струн.. Струны 11, 12, 17 и 18 имеют пр моугольное сечение с кратностью ширины и длины пор дка 10, что исключает наводку вредных колебаний в др1угих плоскост х. Длина двух струн каждого дифференциального дат чика несколько различна, причем одн из струн при измерени х удлин етс , друга  - укорачиваетс . Такое выпол нение позвол ет увеличить линейност датчиков и диапазон измер емых вели чин. Вместо струн 11, 12, 17 и 18 могут быть установлены аналогичные по длине проволочные резисторы, при Э.ТОМ необходимость в магните 23 отпадает . В измеритель глубины отпечатка входит также упор 24, расположенный .на корпусе 4 и взаимодействующий с опорой 13 через кронштейн 21. Разность уровней опорных поверхностей упора 24 и к он1нтейна 21 относитель но места закреплени  дополнительных пружин 16 в опоре 13 и корпусе 4, равна  величине предварительного пр гиба пружин 16, в 50-200 раз превышает максимальную глубину отпечатка В исходном положении перед началом испытани  упор 24 и кронштейн 21 пр жаты друг к другу с усилием, равным G ДЬ, где G - жесткость пружин 1б, uL предварительньй прогиб пружин 16. 3азор g между нижней сферической поверхностью наконечника 14, котора  при испытании контактирует с образцом 25, и вервшной индентора 3 назначаетс  с учетом возможной неплоскостности образца 25 и измер етс  величиной пор дка 10 мкм. Дл  тарировки прибора по нагрузке служит сменный груз 26, устанавливаемьй в верхней части штока 2. Груз 26 служит также дл  тарировки измерител  глубины при известной  сесткости пружин 6. В корпусе 4 размещен фиксатор 27 дл  фиксации штока 2 и фиксатор (не показан) дл  фиксации опоры 13 при транспортировке прибора, смене индентора 3, сборке гайки с опорой 13, установке необходимого зазора мелзду контактной поверхностью наконечника 14 и вёрцщноЙ индентора 3 и других вспомога:тельных операци х. Варианты вьшолнени  прибора, схемы которых приведены на фиг. 5-8, отличаютс  от схем на фиг. 1-4. В схеме (фиг. 5) отсутствует измеритель глубины отпеч-атка. В схеме (фиг. 6) вместо дифференциального струнного датчшса измерени  глубины отпечатка применен бесконтактный датчик глубины с дифференцирзчощими звень ми 28 и 29, закрепленными соответственно на опоре 13 и штоке 2. Схема (фиг. 7) представл ет собой сдвоенную схему (фиг. 5), собранную в корпусе, состо щем из частей 30 и 31. Опора 32 аналогична по назначению трубчатой опоре 13 и отличаетс  от нее тем, что может 1ть вьтол- иена в виде стержн  сплошного сечени  . Струнные датчики измер ют перемещение штока 2 и опоры 32 относительно корпуса, поэтому глубина отпечатка равна разности перемещений штока 2 и опоры 32, отсчитываемой от момента касани  йндентором 3 поверхности образца 25. Схема на фиг. 8 отличаетс  от схемы на фиг. 7 тем, что шток 2 и опора 32 размещены р дом друг с другом в простом корпусе за счет специальной конструкции пружин 6 и 16. Наибольшую точность имеет прибор, выполненный на основе схемы (фиг. 1 ) поскольку в этом приборе производитс  пр мое измерение глубины отпечатка с использованием стабильных в работе струнных дифференциальных датчиков нагрузки и глубины отпечатка . Прибор работает следующим образом. Корпус 4 сближаетс  с образцом 25 при включении узла 5 нагружени  сигнал на датчиках нагрузки и глубины отпечатка не измен етс . После выбора зазора, величина которого перед испытанием устанавливаетс  произвольно , наконечник ,14 опоры 13 прижимаетс  своей контактной пове рхностью к образцу 25. На поверхности контакта наконечника 14 и образца 25 передаетс  усилие предварительно прогнутых пружин t6, которое до этого воспринималось упором 24 и кро штейном 21. В ходе дальнейшего испытани  усилие прижима наконечника 14 к образцу 25 измен етс  незначительно, поскольку прирост в предварительном прогибе пружин 16 при внедрении индентора 3 в образецх 25 не превыпает 2%, а деформаци  в контакте наконечника 14 с образцом 25 в 4-6 раз меньше по сравнению с деформацией, когда пред . The invention relates to devices for testing materials, and specifically to devices for measuring micro and macrohardness and other physical and mechanical properties by the indentation method, including devices, which perform the non-direct registration of the indentation process from zero values of the imprint depth and the load on the detector. A device is known for testing materials by recording a kinetic diagram of the indentation of an indenter. In this device, the imprint depth sensor is fixed on the object table and moves with the HIIM relative to the D 3 indenter. However, for each specific test, the sensor must be set in the height of the specimen to be tested, rotate to the working position and secure. In addition, before each test, the indenter must be set at a small distance from the sample to ensure the recording of the moment of contact with the sample. This reduces the test performance and ease of maintenance, reduces the accuracy of aiming the imprint and determining the moment of contact of the indenter with the sample, and also increases the likelihood of accidental breakage of the sensor. A device for determining the mechanical properties of materials is known, which includes a bed, an object table, a rod with an indenter, an indenter loading unit mounted on a bed, a spring suspension connected to the rod, and executed as a pair of plane-parallel bars fixed in the housing, load gauges and imprint depth and measuring circuit. The load meters and depths of the imprint are made in the form of sensors whose sensitive organs interact with the rod 2. The disadvantages of the known device are the low accuracy of applying the target imprint and measuring its depth, as well as reduced test performance because of the need to position the indenter above the test surface with defined clearance. The purpose of the invention is to improve the accuracy and performance of tests. The goal is achieved by the fact that the device for determining the mechanical properties of materials containing a frame, an object table, brushes with an indenter, an indenter loading unit mounted on a frame, a spring suspension connected and made in the form of a pair of plane-parallel springs, fixed in the housing, load and depth gauge meters and measuring circuit, the fingerprint depth gauge is designed as a stem-bearing support associated with the body ohm additional pair of plane-parallel springs, an emphasis located on the body and interaction of the lean with the support, and a pair of strings, the ends of which are fixed on the rod and the support, load meters are filled in the form of a second pair of strings, the ends of which are fixed on the rod and the body, and the device is equipped with magnets covering all strings. FIG. 1 shows kinematches. ka device diagram; in FIG. 2 - device, longitudinal section; in fig. 3 shows the section A-A in FIG. 2i in g. 4, section B-B in FIG. 2; in fig. 5-8 kinematic diagrams of various options for device implementation. The device contains a subject table 1, a rod 2 with an indenter 3, a loading unit of the indenter 3 mounted on a frame (not shown), a body 4 rigidly connected to the loading unit 5. The rod 2 and the housing 4 are connected using a pair of plane-parallel springs 6, the ends of which are rigidly fixed in the housing 4. The rod 2 is equipped with brackets 7 and 8, and the housing 4 with brackets 9 and 10. The instrument load gauge is made in the form of a differential string sensor that cleaves a pair strings 11 and 12, the ends of which are fixed on the brackets 7 and 8 of the rod 2 and the brackets 9 and 10 of the case. The device has a fingerprint depth gauge containing a support 13 with a tip 14 and a lock nut 15, covering the rod 2 and connected to the housing 4 with an additional pair of plane-parallel springs 16. The finger depth gauge has a differential string sensor containing a pair of strings 17 and 18, the ends of which mounted on the brackets 19. and 20, made on the rod 2, and the brackets 21 and 22, made on the support 13. The strings 11 and 12, 17 and 18 are enclosed by a magnet 23, creating a constant magnetic field common to all strings .. Strings 11, 12, 17 and 18 are right It has a cross section with a multiplicity of width and length of the order of 10, which eliminates the guidance of harmful oscillations in other planes. The length of the two strings of each differential sensor is somewhat different, with one of the strings being measured longer, the other shortened. Such an implementation allows to increase the linearity of the sensors and the range of measured values. Instead of the strings 11, 12, 17 and 18, wirewound resistors of similar length can be installed, with the ETHOM the need for a magnet 23 is no longer necessary. The footprint meter 24 also includes a stop 24 located on the body 4 and interacting with the support 13 through the bracket 21. The difference in the levels of the support surfaces of the support 24 and to the core 21 relative to the attachment point of the additional springs 16 in the support 13 and the body 4 is equal to the value of the preliminary In the initial position, before starting the test, the stop 24 and the bracket 21 are pressed towards each other with a force equal to G Db, where G is the spring constant 1b, uL is the spring deflection of the springs 16. 3a A gap g between the bottom spherical surface of the tip 14, which, when tested, contacts the sample 25, and the top indentor 3 is assigned taking into account the possible non-flatness of sample 25 and is measured in the order of 10 microns. For the calibration of the device for the load serves interchangeable load 26, installed in the upper part of the stem 2. The load 26 also serves to calibrate the depth gauge with known spring springs 6. In case 4 there is a fixture 27 for fixing the stem 2 and a fixture (not shown) for fixing the support 13 when transporting the device, changing the indenter 3, assembling the nut with the support 13, installing the necessary clearance with the contact surface of the tip 14 and the vertical indenter 3 and other auxiliary operations. Variants of the instrument, whose diagrams are shown in FIG. 5-8 are different from the diagrams in FIG. 1-4. In the diagram (Fig. 5), there is no measuring instrument for depth-of-attack. In the circuit (Fig. 6), instead of a differential string sensor for measuring the depth of the imprint, a non-contact depth sensor with differentiation links 28 and 29, mounted respectively on the support 13 and the rod 2, is used. The diagram (Fig. 7) is a dual scheme (Fig. 5 ) assembled in a housing consisting of parts 30 and 31. Bearing 32 is similar in purpose to tubular bearing 13 and differs from it in that it can be single-piece in the form of a solid section rod. The string sensors measure the movement of the stem 2 and the supports 32 relative to the body, therefore the depth of the imprint is equal to the differences in the displacements of the stem 2 and the support 32, measured from the moment the indentor 3 touches the surface of the sample 25. The circuit in FIG. 8 differs from that of FIG. 7 in that the rod 2 and the support 32 are placed side by side in a simple case due to the special design of the springs 6 and 16. The device has the greatest accuracy, made on the basis of the diagram (Fig. 1), since this device makes direct measurement of the depth fingerprint using stable in string differential sensors load and depth of fingerprint. The device works as follows. The housing 4 approaches the sample 25 when the loading unit 5 is turned on, the signal on the load sensors and the depth of the print does not change. After selecting a gap, the value of which is set arbitrarily before the test, the tip 14 of the support 13 presses with its contact surface to sample 25. The contact surface of the tip 14 and sample 25 transmits the force of the pre-bent springs t6, which was previously perceived by the stop 24 and the matte 21 In the course of further testing, the pressing force of the tip 14 to the sample 25 varies slightly, since the increase in the preliminary deflection of the springs 16 when the indenter 3 is inserted in the samples 25 does not exceed 2%, and the deformation contact tip 14 from the sample 25 by 4-6 times smaller compared with the deformation, when before.

варительньй прогиб пружин 16 перед началом испытани  отсутствует.There is no variable deflection of the springs 16 before testing.

Момент касани  наконечника 14 с образцом 25 фиксируетс  по изменению сигнала датчика глубины отпечатка .The moment of contact of the tip 14 with the sample 25 is recorded by a change in the signal of the fingerprint depth sensor.

При дальнейшем движении корпуса 4 выбираетс  регламентированный зазор f , и вершина индентора 3 касаетс  поверхности образца 25.Upon further movement of the housing 4, the regulated clearance f is selected, and the tip of the indenter 3 touches the surface of the sample 25.

Момент касани  индентора 3 и образца 25 фиксируетс  пр изменению сигнала датчика нагрузки, после чег начинаетс  непрерывна  регистраци  процесса вдавливани  индентора, заключающа с  в том, что датчик нагру ки регистрирует усилие внедрени  индентора 3, а датчик глубины отпечатка регистрирует перемещение индентора 3 относительно опоры 13.The moment of contact of the indenter 3 and the sample 25 is fixed by changing the signal of the load sensor, after the check the continuous recording of the indenter indentation begins, which means that the load sensor detects the insertion force of the indenter 3, and the depth sensor of the print registers the movement of the indenter 3 relative to the support 13.

479506479506

Поскольку зазор между контактной поверхностью.наконечника 14 и вершиной индентора 3  вл етс  величиной регламентированной, а моменты 5 касани  наконечника 14 и индентора 3 с образцом 25 фиксируютс  по изменению сигналов соответствующих датчиков, процесс испытани  на приборе может быть автоматизирован.Since the gap between the contact surface of the tip 14 and the tip of the indenter 3 is regulated, and the moments 5 of touching the tip 14 and of the indenter 3 with sample 25 are fixed by changing the signals of the respective sensors, the testing process on the instrument can be automated.

Предлагаемый прибор позвол ет повысить точность измерени  глубины внедрени  индентора от поверхности 15 образца, увеличить производительность труда за счет устранени  необходимости установки зазора между индентором и образцом перед каждым испытанием, а также снизить квалификацию оператора .The proposed device makes it possible to increase the accuracy of measuring the depth of insertion of the indenter from the surface 15 of the sample, to increase labor productivity by eliminating the need to set the gap between the indenter and the sample before each test, and also to reduce the operator's qualifications.

Фиг. VFIG. V

г-ГПg-hp

W 28W 28

fpus,5fpus, 5

(pas.S(pas.S

30313031

fpUZ: 7fpUZ: 7

3232

Claims (1)

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащий станину, предметный стол, шток с индентором, узел нагружения индентора, установленный на ста- . нине, пружинную подвесу, соединенную и выполненную в виде пары плоскопараллельных пружин, закрепленных в корпусе, измерители нагрузки и глубины отпечатка и измерительную схему, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности испытаний, измеритель глубины отпечатка выполнен в виде охватывающей шток опоры, связанной с корпусом дополнительной парой плос- . копараллельных пружин, упора, расположенного на корпусе и взаимодействующего с опорой, и пары струн, концы которых закреплены на штоке и опоре, измерители нагрузки выполнены в виде второй пары струн, концы которых закреплены на штоке и корпусе, а прибор снабжен магнитом, охватывающим все струны.DEVICE FOR DETERMINING MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS, containing a bed, an object table, a rod with an indenter, an indenter loading unit mounted on a sta-. a spring suspension, connected and made in the form of a pair of plane-parallel springs fixed in the housing, load and imprint depth meters and a measuring circuit, characterized in that, in order to increase the accuracy and productivity of the tests, the imprint depth meter is made in the form of a support rod associated with the housing an additional pair of flat. co-parallel springs, an abutment located on the body and interacting with the support, and a pair of strings whose ends are fixed on the rod and support, load meters are made in the form of a second pair of strings, the ends of which are fixed on the rod and body, and the device is equipped with a magnet covering all strings . _пи SU пп 1147950 фиг.1 _pi SU pp 1147950 figure 1 1 11479501 1147950