УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к области определения физико-механических свойств металлов и сплавов для изучения сопротивления материалов пластической деформации при повышенных температурах деформирования.
При исследовании процесса разупрочнения материала пластическая деформация в образце вследствие разупрочнения происходит за счет упругой деформации образца с момента остановки его формоизменения. При этом зазоры в узлах машины, тормозном устройстве, масляные пленки в узлах трения могут иметь достаточно большие величины, вследствие чего после остановки машины происходит изменение положения этих деталей, которые зачастую достигают, а то и превышают, величину упругой деформации образца, что негативно отражается на достоверности регистрирующих сигналов.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - расширить арсенал технических средств, предназначенных для исследований сопротивления металлов и сплавов деформации при повышенных температурах деформирования с достаточной достоверностью.
Известны устройства для определения физико-механических свойств материалов, например устройство для испытаний материалов на сжатие по патенту РФ №2134414, 1999 г., МПК: G 01 N 3/08, содержащее корпус с соосно размещенными в нем пуансоном и двумя упорами: верхним и нижним, между которыми помещается испытуемый образец.
В таком устройстве затруднительно исследовать образцы в горячем состоянии.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели по технической сущности является устройство для исследования сопротивления металлов и сплавов горячей деформации (статья - Колос В.И., Пастушков А.В. «Пластометр на базе кривошипного пресса», журнал «Кузнечно-штамповочное производство», Москва, №4, 1976, стр.39-40, рис.1в) содержащее опорную плиту, месдозу в виде втулки с глухим осевым отверстием, на корпусе которой снаружи установлены датчики, и размещенный над месдозой с помощью проставки деформирующий узел, включающий в себя контейнер для размещения исследуемого образца и пуансон.
При включении машины ползун перемещается вниз и воздействует на пуансон. Происходит деформация образца, расположенного в контейнере. Усилие, необходимое для формоизменения образца, через проставку передается на месдозу, с помощью которой производится регистрация усилия деформирования образца, по которому строиться кривая упрочнения
материала образца. При достижении заданной деформации включается тормоз системы механизма привода пластометра (пресса), движение ползуна прекращается и с помощью месдозы регистрируется изменение усилия в процессе разупрочнения образца, по которому можно построить кривую разупрочнения материала образца во времени.
Недостатком данного устройства является низкая достоверность результатов записи регистрирующих сигналов на этапе изучения процесса разупрочнения образца из-за неконтролируемых изменений положения рабочих деталей пластометра и самого устройства после остановки привода пластометра и неустойчивости системы пуансон-образец-месдоза.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении точности регистрации измерения усилия на стадии изучения характера разупрочнения материала образца, развивающегося во времени.
Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для исследования сопротивления металлов и сплавов горячей деформации, содержащее опорную плиту, месдозу в виде втулки с глухим осевым отверстием, на корпусе которой снаружи установлены датчики, и размещенный над месдозой с помощью проставки деформирующий узел, включающий в себя контейнер для размещения исследуемого образца и пуансон в отличие от аналогов снабжено размещенным на опорной плите упругим буфером с начальным усилием срабатывания, превышающим усилие деформирования, и обоймой, выполненной в виде стакана с осевой ступенчатой полостью, установленной дном на буфере. При этом месдоза установлена в нижней ступени полости обоймы с упором на торец ступени и с возможностью относительного продольного удлинения. Проставка установлена внутри месдозы так, что ее нижний торец опирается на дно месдозы, а верхний торец выступает над корпусом месдозы. Деформирующий узел установлен на выступающем торце проставки и имеет охватывающую контейнер центрирующую втулку, взаимодействующую со стенками верхней ступени полости обоймы, причем верхний торец деформирующего узла расположен ниже верхнего торца обоймы.
Дополнительные отличия заключаются в том, что буфер выполнен из эластичного материала, например полиуретана, и центрирующая втулка выполнена из материала с низкой теплоотдачей.
Выполнение обоймы в виде стакана с осевой ступенчатой полостью позволяет расположить детали деформирующего узла - контейнер, центрирующая втулка и пуансон - соосно и сохранить такое положение на протяжении всего процесса деформирования. Установка контейнера вместе с образцом и пуансоном на проставку, которая выступает над корпусом месдозы, предотвращает нагрев последней за счет теплопередачи от нагретых деталей деформирующего узла к холодной месдозе. Это, в свою очередь, исключает нагрев тензометрических датчиков, наклеенных на стенки корпуса месдозы, и, следовательно, внесение погрешности в их показания.
Наличие в конструкции устройства упругого буфера позволяет исследовать как процесс упрочнения материала при горячей деформации, так и процесс его разупрочнения с высокой степенью точности за счет устранения влияния нежелательной упругой деформации деталей деформирующего оборудования, возникающей вследствие выборки зазоров в узлах пресса или пластометра, тормозном устройстве и т.д. Кроме этого, включение в конструкцию устройства упругого буфера с начальным усилием срабатывания, превышающим усилие деформирования, позволяет проводить исследования сопротивления деформации и, в частности, разупрочнения дифференцировано как по скорости деформирования, так и по деформации. Это значит, что при деформировании образцов из одного и того же материала, но с разными исходными размерами можно получать кривые течения, соответствующие различным скоростям деформирования и конечным деформациям. При этом величина хода деформирующего оборудования остается неизменной.
На чертеже изображено в разрезе предлагаемое устройство в конечный момент формоизменения (на этапе изучения характера разупрочнения материала деформированного образца).
Устройство состоит из опорной плиты 1, буфера 2, обоймы 3, месдозы4, проставки 5, деформирующего узла, включающего в себя контейнер 6, в который устанавливается образец 7, центрирующую втулку 8 и пуансон 9.
Плита 1 предназначена для крепления к столу пресса. На плите 1 установлен и закреплен буфер 2. Начальное усилие срабатывания буфера 2 отрегулировано на величину, превышающую максимальное усилие формоизменения образца 7. На буфере 2 размещена обойма 3, выполненная в виде стакана с осевой ступенчатой полостью. В нижнюю ступень полости обоймы 3 вставлена месдоза 4 с корпусом, выполненным в виде втулки с глухим осевым отверстием и наружным буртом, которым месдоза 4 опирается на торец «А» в обойме 3. На боковые стенки корпуса месдозы 4 наклеены тензометрические датчики сопротивления (на рисунке не показаны). Внутри месдозы 4, с опорой на дно, размещена проставка 5, на выступающий торец которой устанавливается контейнер 6 деформирующего узла. Втулка 8 центрирует контейнер 6 относительно оси устройства. Проставка 5 необходима для размещения деформирующего узла за пределами месдозы 4. В контейнере 6 устанавливается образец 7 и пуансон 9. Высота пуансона 9 выбирается таким образом, чтобы его верхний торец при наличии образца 7 выступал относительно верхней плоскости обоймы 3 на высоту осадки образца 7.
Устройство работает следующим образом. Деформирующий узел (контейнер 6, центрирующая втулка 8 и пуансон 9) с исследуемым образцом 7 нагревают до необходимой температуры в печи, переносят к пластометру, устанавливают внутри обоймы с опорой на плиту 5 и включают машину. Ползун 10 пластометра или пресса воздействует на пуансон 9 и происходит деформация образца. Усилие осадки образца 7 регистрируется тензометрами,
наклеенными на поверхность корпуса месдозы 4. При этом обойма 3 и буфер 2 остаются неподвижными, так как начальное усилие сжатия буфера 2 превышает усилие деформирования. При дальнейшей осадке образца 7 ползун 10 входит в контакт с обоймой 3, которая, смещаясь вниз, вызовет сжатие буфера 2. С момента взаимодействия ползуна 10 с обоймой 3, деформация образца прекращается. После заданного смещения обоймы 3 вниз, включается тормоз и ползун 10 останавливается. С этого момента на образец 7 будут действовать только усилия, которые связаны с упругой деформацией (жесткостью) месдозы 4, проставки 5 и пуансона 9, которые можно заранее определить и учесть при построении кривых разупрочнения. Погрешности, связанные с неконтролируемым изменением положения рабочих деталей привода и тормозного устройства машины и элементов предлагаемого устройства будут восприниматься обоймой 3 и буфером 2 и на показания тензодатчиков, наклеенных на боковых стенках месдозы 4, регистрирующих непосредственно процесс разупрочнения материала образца оказывать влияния не будут.
Таким образом, использование предлагаемого устройства, обеспечит точную регистрацию сигналов на этапе изучения процесса разупрочнения материала образца и получение кривых разупрочнения с высокой степенью точности.