Установка для формирования на поверхности детали нанопокрытий и исследования прочности полой детали при плоском напряженном состоянии

Полезная модель относится к устройствам для формирования поверхностных наноструктур на металлических деталях с последующим исследованием их механических свойств и может быть использовано в машиностроении для создания защитных, упрочняющих и износостойких покрытий. Предложенная установка для формирования на поверхности детали нанопокрытия и исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии содержит устройство для нанесения на поверхность детали нанопокрытий и устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии, причем устройство для нанесения покрытия выполнено в виде вакуумной камеры с узлом подачи охлаждающей деталь изнутри жидкости, вакуумная камера состоит из полого охлаждаемого корпуса с патрубком для откачки воздуха и патрубком для подачи аргона и составной крышки, полость которой соединена в корпусом, на корпусе закреплена панель для термопар и датчиков давления, а внутри установлена металлическая колба с ванной, заполненной жидкометаллическим расплавом, верхний конец металлической колбы закреплен в верхней части крышки, а вокруг нее расположены нагревательные элементы, над ванной установлена металлическая труба, закрепленная в верхней части крышки с возможностью вертикального перемещения, к нижнему концу трубы прикреплена полая обрабатываемая деталь с образованием замкнутой полости, верхний конец трубы, выступающий из камеры, соединен с рычагом для вертикального перемещения и содержит патрубок, для отвода жидкости, а узел для подачи охлаждающей жидкости состоит из трубки, размещаемой в полости трубы с деталью, с патрубком для подачи жидкости. Устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии содержит оборудование для создания давления, включающее баллон с газом, соединенный через редуктор давления с компрессором и манометром и быстроразъемное соединение для подключения к трубе с деталью, расположенной в вакуумной камере. Внутри вакуумной камеры установлены теплозащитные экраны, размещенные между корпусом и вольфрамовыми проволоками. Технический результат заключается в том, что повышается точность проводимых испытаний, а также значительно сокращается время проведения испытаний за счет возможности нанести на поверхность детали нанопокрытие и сразу испытать эту деталь, не вынимая ее из установки.

Полезная модель относится к устройствам для формирования поверхностных наноструктур на металлических деталях с последующим исследованием их механических свойств и может быть использовано в машиностроении для создания защитных, упрочняющих и износостойких покрытий, работающих в условиях повышенной температуры.

Известно устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU 2293791). Устройство содержит камеру, состоящую из верхней и нижней частей, ампулу с жидкометаллическим раствором, расположенную в нижней камере, нагревательные устройства, теплозащитные экраны, вакуумную систему и систему наполнения камеры инертным газом. Обе части камеры по внутренним полостям стенок охлаждаются жидкостью. Технологический процесс нанесения покрытия в данном устройстве происходит следующим образом: после герметизации камеры, достижения в ней заданного вакуума камера заполняется инертным газом. Нагрев камеры производится при помощи нагревателей. После достижения заданной температуры деталь погружается в металлический раствор, в результате чего происходит нанесение на изделие покрытия.

Недостатком данной установки является то, что она не обеспечивает возможность совмещения процессов нанесения покрытия на деталь и испытания их на прочность.

Известна установка для пневматических испытаний котлов вагонов-цистерн при проведении капитального и деповского ремонта (полезная модель RU 87015). Установка включает устройство для создания давления, выполненное в виде передвижной установки, содержащей манометры, фильтры, усилитель потока воздуха, регулятор давления, блок управления, рабочее место оператора. При помощи разъемных соединений установка подключается к напорной пневмомагистрали депо и объекту испытания и создана для испытаний больших емкостей. Таким образом, она непригодна для испытаний малогабаритных деталей, кроме того, она сложна в исполнении.

Задачей полезной модели является сокращение времени между нанесением упрочняющего покрытия и исследованием прочности образца с нанесенным покрытием за счет проведения этих операций в одной установке, и повышение точности испытаний за счет проведения их в условиях, близких к эксплуатационным.

Задача решается тем, что установка для формирования на поверхности детали нанопокрытия и исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии содержит устройство для нанесения на поверхность детали нанопокрытий и устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии, причем устройство для нанесения покрытия выполнено в виде вакуумной камеры с узлом подачи охлаждающей деталь изнутри жидкости, вакуумная камера состоит из полого охлаждаемого корпуса с патрубком для откачки воздуха и патрубком для подачи аргона и составной крышки, полость которой соединена в корпусом, на корпусе закреплена панель для термопар и датчиков давления, а внутри установлена металлическая колба с ванной, заполненной жидкометаллическим расплавом, верхний конец металлической колбы закреплен в верхней части крышки, а вокруг нее расположены нагревательные элементы, над ванной установлена металлическая труба, закрепленная в верхней части крышки с возможностью вертикального перемещения, к нижнему концу трубы прикреплена полая обрабатываемая деталь с образованием замкнутой полости, верхний конец трубы, выступающий из камеры, соединен с рычагом для вертикального перемещения и содержит патрубок для отвода жидкости, а узел для подачи охлаждающей жидкости состоит из трубки, размещаемой в полости трубы с деталью, с патрубком для подачи жидкости. Устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии содержит оборудование для создания давления, включающее баллон с газом, соединенный через редуктор давления с компрессором и манометром и быстроразъемное соединение для подключения к трубе с деталью, расположенной в вакуумной камере. Внутри вакуумной камеры установлены теплозащитные экраны, размещенные между корпусом и вольфрамовыми проволоками.

На фиг.1 изображено устройство для формирования на поверхности детали нанопокрытия.

На фиг.2 изображено устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии.

Установка состоит из полого охлаждаемого корпуса 1 вакуумной камеры, составной крышки 2, полость крышки 2 соединена с корпусом 1 через отверстия 3. Патрубок 4 служит для удаления воздуха из корпуса 1 и соединен с диффузионным насосом (не показан). Патрубок 5 служит для подачи аргона. На стенке корпуса 1 установлена панель 6 для крепления датчиков давления. Внутри корпуса 1 установлена металлическая колба 7 с ванной 8, заполненной жидкометаллическим расплавом. Вокруг колбы 7 расположены нагревательные элементы 9. Для предохранения перегрева металла корпуса от перегрева внутри камеры размещаются теплозащитные экраны 10. Над ванной 8 установлена металлическая труба 11, закрепленная через зажимной узел 12 в верхней части крышки 2 с возможностью вертикального перемещения. Нижний конец трубы 11 соединен (например, приварен) с обрабатываемой полой деталью 13 (например, втулкой) с образованием замкнутой полости. В верхней части труба содержит патрубок 14 для вывода охлаждающей жидкости и соединена с рычагом 15, закрепленным на крышке 2, с помощью которого возможно осуществлять вертикальное перемещение трубы 11. Узел для подачи охлаждающей жидкости в трубу 11 состоит из металлической трубки 16, размещаемой в полости трубы 11, с патрубком 17 для подачи охлаждающей жидкости.

Устройство для исследования прочности полой детали при плоском напряженном состоянии состоит из баллона 18 со сжатым газом, соединенного с компрессором 19, для создания дополнительного давления. Регулятор давления 20 соединен с манометром 21. Трубопровод 22 для сжатого газа соединяется с трубой 11 быстроразъемным соединением 23.

Установка работает следующим образом:

После герметизации вакуумной камеры включают диффузионный насос (не показан), прикрепленный к патрубку 4, для создания вакуума в установке. По достижении заданного вакуума производится заполнение камеры аргоном через патрубок 5. Далее производится нагрев ванны 8 с жидкометаллическим расплавом, размещенной в металлической колбе 7, до заданной температуры при помощи нагревателей 9. Затем открывается патрубок 17, и через него и трубку 16, размещенную в полости трубы 11, производится непрерывное охлаждение детали 13, приваренной к трубе 11. Далее с помощью рычага 15 деталь погружается в ванну 8 с жидкометаллическим расплавом. В результате из-за большого температурного градиента на поверхности раздела деталь-расплав начинается осаждение растворенного в расплаве металла на поверхность детали. По истечении определенного времени при помощи рычага 15 образец вынимают из расплава и подвергают испытанию при плоском напряженном состоянии. Из замкнутой полости, образованной трубой 11 и полой деталью 13 удаляют охлаждающую жидкость через патрубок 14 и вынимают трубку 16 с патрубком 17. Затем трубу 11 соединяют с баллоном 18 сжатого газа, для этого при помощи быстроразъемного соединения 23 трубопровод 22 подключают к концу трубы 11. Затем открывают баллон 18, и сжатый газ поступает в трубу 11 и давит на стенки полой детали 13. Давление увеличивают до тех пор, пока стенки детали 13 не разрушатся. Момент разрушения фиксируют с помощью манометра 21. При этом испытания проводят при повышенной температуре, создаваемой в вакуумной камере нагревательными элементами, т.е. близких к условиям эксплуатации.

1. Установка для формирования на поверхности детали нанопокрытия и исследования прочности полой детали при плоском напряженном состоянии содержит устройство для нанесения на поверхность детали нанопокрытий и устройство для исследования прочности детали при плоском напряженном состоянии, причем устройство для нанесения покрытия выполнено в виде вакуумной камеры с узлом подачи охлаждающей жидкости, вакуумная камера состоит из полого охлаждаемого корпуса с патрубком для откачки воздуха и патрубком для подачи аргона и составной охлаждаемой крышки, полость которой соединена с корпусом, на корпусе закреплена панель для термопар и датчиков давления, а внутри установлена металлическая колба с ванной, заполненной жидкометаллическим расплавом, верхний конец металлической колбы закреплен в верхней части крышки, а вокруг нее расположены нагревательные элементы, над ванной установлена металлическая труба, закрепленная в верхней части крышки с возможностью вертикального перемещения, к нижнему концу трубы прикреплена полая обрабатываемая деталь с образованием замкнутой полости, верхний конец трубы, выступающий из камеры, соединен с рычагом для вертикального перемещения и содержит патрубок для отвода жидкости, а узел для подачи охлаждающей жидкости состоит из трубки, размещаемой в полости трубы с деталью, с патрубком для подачи жидкости, устройство для исследования прочности полой детали при плоском напряженном состоянии содержит оборудование для создания давления, включающее баллон со сжатым газом, соединенный через редуктор давления с компрессором и манометром, и быстроразъемное соединение для подключения к трубе с деталью.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нагревательные элементы содержат устройства для ввода электроэнергии и вольфрамовые проволоки.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что труба соединена с обрабатываемой деталью сварным соединением.

4. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внутри вакуумной камеры установлены теплозащитные экраны, расположенные между корпусом и вольфрамовыми проволоками.