УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для исследования прочностных характеристик материалов и может быть использовано для проведения испытаний на твердость при одновременном создании в образцах либо одноосевого растяжения, либо одноосевого сжатия.
Известно устройство для микромеханических испытаний (авторское свидетельство СССР №1567920, М кл. G 01 N 3/08, бюл. №20 1990) предназначенное для испытаний микрообразцов как на растяжение, так и на сжатие. Устройство содержит корпус, демпфирующее приспособление, включающее винт и толкатель с направляющей, активный и пассивный захваты образца, оправку и установленный внутри нее по оси захватов силоизмеритель. Кроме того, устройство снабжено установленной подвижно относительно оправки рамкой с отверстием в одной из полок, закрепленными на оправке симметрично оси захватов двумя пластинами с парой сквозных пазов в каждой и размещенными в пазах штырями, жестко связанными с активным захватом, а направляющая толкателя размещена в отверстии полки рамки. При испытании образца на растяжение толкатель, связанный направляющей с деформирующим винтом, перемещает рамку, охватывающую оправку и взаимодействующую с сило-измерителем. Закрепленные на оправке пластины при этом взаимодействуют со штырями активного захвата, создавая в образце усилие растяжения. При испытании на сжатие толкатель приходит во взаимодействие с оправкой, а рамка - с активным захватом.
Однако, известное устройство не может быть использовано для проведения испытаний на твердость при одновременном создании в образцах либо одноосевое растяжение, либо одноосевое сжатие, так как испытание
образцов как на растяжение, так и на сжатие проводится без проведения испытаний на твердость.
По технической сути и достигаемому эффекту наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения микротвердости, (Хрущев М.М., Беркович Е.С. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытания на микротвердость. М., 1950) предназначенное для испытания образцов на микротвердость. Устройство содержит: штатив, состоящий из основания и колонки, имеющей снаружи ленточную резьбу для перемещения в вертикальном положении тубусодержателя с оптическим тубусом при помощи гайки; предметный столик, перемещающийся в двух взаимно перпендикулярных направлениях и поворачивающийся вокруг своей оси и узел механизма нагружения. Принцип действия основан на вдавливании алмазного наконечника (пирамиды) в исследуемый материал под определенной нагрузкой и измерения линейной величины диагонали. Число микротвердости определяется делением нормальной нагрузки, приложенной к алмазному наконечнику на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка: .
Однако, известное устройство не может быть использовано для проведения испытаний на твердость при одновременном создании в образцах либо одноосевое растяжение, либо одноосевое сжатие, так как испытание образцов на твердость проводится не в сочетании с испытанием образцов либо на одно-осевое растяжение, либо на одно-осевое сжатие.
Задачей предлагаемой полезной модели «Устройство для микромеханических испытаний» является повышение функциональных возможностей устройства за счет проведения испытаний на твердость при одновременном создании в образцах либо одно-осевого растяжения, либо одно-осевого сжатия.
Решение поставленной задачи достигается с помощью устройства для микромеханических испытаний состоящего из оптико-механического
прибора для испытания на твердость и, располагающуюся на предметном столике приставку для создания в образцах либо одно-осевого усилия растяжения, либо одно-осевого усилия сжатия. В состав оптико-механического прибора для измерения твердости входит основание с вращающимся относительно его вертикальной оси предметным столиком и жесткой колонной с перемещающимся вдоль ее оси кронштейном, поддерживающим измерительный микроскоп с нагружающим устройством, несущим индентор.
Приставка к устройству для микромеханических испытаний (фиг.1) содержит прямоугольный корпус (1) в виде четырех жестко связанных между собой планок, двух комплектов последовательно устанавливаемых сменных захватов с отверстиями, один из комплектов предназначен для обеспечения в образцах одно-осевого растяжения, а другой - одно-осевого сжатия, каждый комплект захватов выполнен в виде двух пластин, при этом одна из пластин является активным захватом (2), а другая пластина - пассивным захватом (3), рычага (4), сило-измерителем, состоящим из силоизмерительной скобы (5) и стрелочного индикатора часового типа (6), на поверхности пассивного захвата (3) выполнена полированная площадка (7), предназначенная для фокусировки оптической системы оптико-механического прибора. Работа устройства происходит следующим образом. В корпусе (1) приставки, предназначенной для создания в образцах как одно-осевого растяжения, так и одно-осевого сжатия, устанавливают один из комплектов захватов (2, 3), в зависимости от того, какое усилие предполагается прикладывать к образцу: растяжение или сжатие. После этого закрепляют в захватах (2, 3) образец и приставку располагают на предметном столике оптико-механического прибора. Нагружающее усилие посредством рычага (4) через активный захват (2) передается на образец и через пассивный захват (3) воспринимается силоизмерительной скобой (5) и регистрируется стрелочным индикатором (6). После этого, с помощью оптико-механического прибора по стандартной методике на образце,
нагруженном с помощью приставки, проводится испытание на твердость. Отличие от стандартной методики проведения испытаний на твердость заключается в том, что фокусировка оптико-механического прибора перед вдавливанием индентора в образец производится не на поверхности образца, а на полированной площадке (7) выполненной в одной плоскости с поверхностью образца на поверхности пассивного захвата (3).
Пример. Из стали Х18Н10 были изготовлены образцы для испытаний на растяжение и сжатие. После этого на одной из плоских поверхностей образцов по общепринятой методике приготовили микрошлиф для проведения испытаний на микротвердость и закрепляли образец в одном из комплектов захватов, в зависимости от того, какое усилие предполагается прикладывать: растяжение или сжатие. Комплект захватов с закрепленным образцом устанавливали в приставке предназначенной для создания в образцах либо одноосевого растяжения, либо и одноосевого сжатия. Приставку помещали на предметный столик оптико-механического прибора. Нагружающее усилие величиной 150, 300, 400, 550, 650 Н последовательно прикладывали к рычагу и через активный захват передавали на образец. Величину нагрузки регистрировали с помощью стрелочного индикатора. Величину создаваемого напряжения в образце рассчитывали по формуле:
где Р - величина прилагаемого усилия;
S - площадь поперечного сечения образца.
После этого на образце находящемся под влиянием внешней нагрузки на полированной поверхности проводили испытание на микротвердость по Кнупу, при этом длинную диагональ индентора Кнупа ориентировали соответственно параллельно и перпендикулярно направлению действия приложенного усилия. Твердость по Кнупу рассчитывали по формуле:
где S - площадь проекции отпечатка;
Р - усилие вдавливания в Н;
d - размер длинной диагонали в м.
После этого строили график в координатах: ПК -  (фиг.2).
Таким образом, по сравнению с прототипом использование предлагаемого устройства позволит проводить испытания на твердость при одновременном создании как одно-осевого растяжения, так и одно-осевого сжатия, что даст возможность оценить влияние остаточные напряжения на прочностные характеристики материалов.
Устройство может использоваться как в исследовательских целях при создании новых материалов, так и в промышленном производстве для контроля качества получаемой продукции.