Склерометр

 

Полезная модель относится к приборам для испытания материалов и может быть использована для склерометрических исследований высокотемпературных свойств материалов, преимущественно сплавов. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов склерометрических испытаний. Технический результат достигается тем, что в склерометре, содержащем основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстие для подачи газа, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы, каретка состоит из двух частей расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части закреплен дополнительный мотор-редуктор, связанный с винтом перемещения верхней части, а на направляющей закреплены две медные пластины с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100120 мм, образующие токоподводящий узел, причем расстояние между ними равно длине рабочей части образца.

Полезная модель относится к приборам для испытания материалов и может быть использована для склерометрических исследований высокотемпературных свойств материалов, преимущественно сплавов.

Известен склерометр (Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М., «Машиностроение», 1979, с.118), содержащий основание с устройством для закрепления образца, индентор, механизм нагружения индентора и устройство для его перемещения. Устройство позволяет получать несколько параллельных треков.

Недостатками данного склерометра являются наличие ручного привода передвижения каретки с индентором, что снижает достоверность получаемых результатов, а так же невозможность проведения высокотемпературных испытаний.

В качестве прототипа выбрано устройство для склерометрических испытаний, описанное в способе определения износостойкости покрытия (см. патент РФ 2281475 МПК G01N 3/56, олубл. 10.08.2006), при котором производится царапание нагретого образца в герметичной камере с инертным газом. Склерометр содержит основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстия для подачи газа и подвода сварочных кабелей, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы.

Недостатком конструкции этого склерометра является невозможность проведения необходимых для получения достоверных результатов многократных (35 раз) испытаний одного образца без разгерметизации камеры и повторного нагрева образца. Это в свою очередь увеличивает время испытаний и приводит к повышенному термическому воздействию на испытуемый металл, что влияет на его структуру и свойства, снижая достоверность получаемых результатов.

Другим конструктивным недостатком прототипа является низкая термическая надежность токоподвода, который перегревается, что изменяет характер нагрева и общую температуру контролируемого образца металла, что так же приводит к снижению достоверности результатов эксперимента.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, обеспечивающего проведение серии экспериментов при высоких температурах без разгерметизации камеры с контролируемой атмосферой и повторного нагрева испытуемого образца, а так же повышение термической надежности токоподвода.

Технический результат заключается в повышении достоверности результатов склерометрических испытаний.

Технический результат достигается тем, что в склерометре, содержащем основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстие для подачи газа, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы, каретка состоит из двух частей расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части закреплен дополнительный мотор-редуктор, связанный с винтом перемещения верхней части, а на направляющей закреплены две медные пластины с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100120 мм2, образующие токоподводящий узел, причем расстояние между ними равно длине рабочей части образца.

Выполнение каретки из двух частей с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга, приводимых в движение дополнительным мотор-редуктором, позволяет за одну установку образца наносить в процессе испытаний несколько параллельных треков без разгерметизации камеры, что устраняет недостатки прототипа и увеличивает достоверность результатов исследований.

Изготовление токоподводящего узла в виде двух пластин с площадью поперечного сечения в пределах 100120 мм2 каждая, позволяет обеспечить постоянство режима нагрева образцов и получить оптимальный характер распределения тепла по длине образца.

При этом несоблюдение заданного диапазона площадей поперечного сечения каждой пластины может привести к следующим нежелательным последствиям. Во-первых, выполнение пластин с площадью поперечного сечения менее 100 мм 2 вызовет их перегрев от проходящего по ним тока, это изменит характер распределения тепла по длине испытуемого образца и увеличит общую температуру его нагрева, что негативно отразится на достоверности полученных результатов. В свою очередь чрезмерное увеличение площади сечения пластин свыше 120 мм2 увеличит отвод тепла от образца в процессе его нагрева, это вызовет нежелательное увеличение продолжительности его нагрева и приведет к повышению термического воздействия на испытуемый металл, что повлияет на его структуру и свойства, снижая достоверность получаемых результатов.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически изображен склерометр. На фиг.1 показан главный вид склерометра (пульт управления на фиг. не показан), на фиг.2 - показан вид склерометра сверху (герметичная камера на фиг. не показана), на фиг.3 - показан разрез АА каретки склерометра.

Склерометр состоит из основания 1, на котором закреплена камера 2, имеющая отверстие для подачи газа 3, размещенную в камере направляющую 4 с подвижной кареткой 5 с зажимом 6, закрепленный на основании мотор-редуктор 7, связанный через муфту 8 с винтом 9 продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор 10 и сменные грузы 11. Каретка состоит из двух частей расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части 12 закреплен дополнительный мотор-редуктор 13, связанный с винтом 14 перемещения верхней части 15. Также на направляющей 4 закреплены две медные пластины 16 с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100120 мм2 на расстоянии равном длине рабочей части образца 17, образующие токоподводящий узел. Склерометр также снабжен выносным пультом 18, имеющим органы управления процессом склерометрирования и оборудованным потенциометром для измерения ЭДС термопары.

Склерометр функционирует следующим образом: предварительно образец 17 закрепляют на токоподводящих пластинах 16 с площадью в поперечном сечении 100120 мм2. Подключают их к сварочному источнику тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой. После чего сопрягают индентор 10, нагруженный набором грузов 11, с образцом 17. Перед испытанием проверяют перпендикулярность индентора к поверхности образца и закрывают камеру 2. Включают источник тока и производят нагрев образца теплом, выделяющимся в рабочем участке образца при прохождении по нему электрического тока, одновременно осуществляя продувку камеры 2 инертным газом, через отверстие 3. При достижении температуры испытания включают мотор-редуктор 7, который через муфту 8 и винт 9 продольного перемещения придает поступательное движение каретке 5, осуществляя относительное движение индентора 10 и образца 17 со скоростью испытания. По завершению процесса производят остановку мотор-редуктора 7 и осуществляют поперечное смещение каретки при помощи дополнительного мотор-редуктора 13, после чего реверсируют мотор-редуктор 7 и выполняют второй трек, параллельный первому. Таким образом, осуществляют многократные испытания, что повышает достоверность высокотемпературных исследований материала. Управление процессом и контроль температуры нагрева рабочей части образца осуществляется при помощи пульта 18.

Пример.

Практический пример применения склерометра реализован при исследовании свойств наплавленного металла при высоких температурах.

Экспериментальные образцы наплавляли дуговым способом неплавящимся электродом в гелии с присадкой порошковых проволок. После чего подготавливали контролируемую поверхность путем ее полирования. В процессе эксперимента образец закрепляли на токоподводящих пластинах, подключенных к сварочному источнику тока, и устанавливали на него индентор с нагрузкой. При этом площадь поперечного сечения каждой пластины составляла 110 мм2. Камеру герметизировали и продували аргоном в течение 2 мин при расходе газа 10 л/мин.

Образцы нагревали проходящим по нему током (200300 А, напряжение 20 В) в течение 12 мин и при достижении заданной температуры испытаний включали мотор-редуктор, осуществляя продольное перемещение каретки с индентором. При этом температуру рабочей части образца определяли по показаниям потенциометра, связанного с зачеканенной в образец термопарой. После получения трека длинной 810 мм включали дополнительный мотор-редуктор, осуществляя смещение индентора на 0,81,2 мм в сторону и производили повторное царапание образца параллельно предыдущему треку в противоположном направлении. После получения на исследуемой поверхности 35 треков отключали источник тока, разгерметизировали камеру и производили съем образца.

По окончанию экспериментов отмечено отсутствие нагрева токоподвода в результате проходящего по нему электрического тока. А применение каретки, состоящей из двух частей с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в направлении поперечном царапанию, позволило провести серию экспериментов на одном образце без разгерметизации камеры с инертным газом.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность проводимых исследований.

Склерометр, содержащий основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстие для подачи газа, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы, отличающийся тем, что каретка состоит из двух частей, расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части закреплен дополнительный мотор-редуктор, связанный с винтом перемещения верхней части, а на направляющей закреплены две медные пластины с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100120 мм2, образующие токоподводящий узел, причем расстояние между ними равно длине рабочей части образца.



 

Наверх