УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Настоящая полезная модель относится к лабораторному оборудованию, которое может быть использовано для определения твердости металлов и сплавов способом вдавливания (методом Бринелля) на этапе контроля качества ремонтно-технических работ на вспомогательном производстве и при исследовании механических свойств материалов в условиях профильных учебных лабораторий.
Сущность метода Бринелля [ГОСТ 9012-59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. - Введ. 2001-01-01 - М.: Стандартинформ, 2007. - 39 с.] заключается во вдавливании в образец более твердого индентора (стального шарика) под действием усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении с помощью микроскопа диаметра отпечатка после снятия усилия.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является изобретение [Патент РФ №2451282, кл. G01N 3/42, 2012], где при исследовании механических характеристик материалов осуществляют внедрение в испытуемый материал сферического индентора при непрерывно возрастающей нагрузке, регистрацию диаграммы вдавливания с ветвями нагружения и разгрузки и измерение остаточной глубины отпечатка после полной разгрузки. Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и применяемой системы управления процессом измерения, требующей привлечение для работы высококвалифицированных кадров.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке простого в эксплуатации устройства с элементами автоматизации для определения твердости металлов и сплавов при выполнении условия наглядности и надежности процесса на этапе контроля качества ремонтно-технических работ на вспомогательном производстве и в профильных учебных лабораториях.
Данная задача достигается применением устройства для определения механических свойств твердых тел, в котором можно определить твердость металлов и сплавов способом вдавливания, состоящего из основания, выполненного из нержавеющей стали, корпусной рамки, выполненной из нержавеющей стали, индентора, закрепленного к верхней части рамки, подвижной каретки, выполненной из нержавеющей стали и зафиксированной на цилиндрических направляющих, которые передвигаются по безоловянным алюминиевым бронзовым втулкам с помощью гидравлического домкрата, установленного на центре основания, тензодатчика, используемого для контроля нагрузки на индентор, абсолютной оптической линейки, применяемой для определения вертикального перемещения каретки относительно неподвижной корпусной рамки, и опорного стола для исследуемых образцов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение арсенала технических средств, применяемых при лабораторном определении твердости металлов и сплавов, и снижение трудоемкости проводимых исследований.
Устройство для определения механических свойств металлов и сплавов представлено на фиг. 1 и 2.
Устройство состоит из основания 1 и корпусной рамки 2, которые выполнены из нержавеющей стали и соединены с помощью сварки. Прочностные характеристики соединений и используемых материалов должны обеспечивать целостность собранной конструкции при ее эксплуатации.
Основание 1 выполнено в виде платформы на металлических ножках 3, обеспечивающих устойчивость конструкции.
Для определения твердости металлов и сплавов используется сферический индентор 4, закрепленный к верхней части корпусной рамки 2.
Подвижная каретка 5, выполненная из нержавеющей стали, зафиксирована на цилиндрических направляющих 6, которые передвигаются по безоловянным, алюминиевым, бронзовым втулкам 7 с помощью гидравлического домкрата 8, установленного на центре основания 1. Выбранный для изготовления втулок вид бронзы характеризуется высокой прочностью, хорошими антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.
Для фиксирования положения домкрата 8 на основании 1 используется штифт 9.
В верхней части каретки 5 располагается центральная часть опорного стола 10 для исследуемых образцов.
Для фиксирования положения образцов при исследованиях конструкцию опорного стола 10 дополняют съемные элементы, состоящие из основания (кронштейна) 11 и крышки 12.
Основание 11 крепится к центральной части подвижной каретки 5 с помощью крепежного винта 13 и имеет полость для размещения под крышкой 12 магнитов.
Автоматизация измерения величины приложенных усилий обеспечивается работой тензодатчика 14, используемого для контроля нарастающей нагрузки на индентор 4.
Абсолютная оптическая линейка 15 вертикального перемещения каретки 5 относительно неподвижной корпусной рамки 2 позволяет автоматически определить глубину отпечатка сферического индентора 4 в образцах при созданной нагрузке.
Полученные результаты определения глубины отпечатка индентора позволяют автоматически рассчитать диаметр отпечатка без процедуры прямого измерения с помощью микроскопа после снятия усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, что существенно снижает трудоемкость измерений.
Применение цифровых технологий позволяет по зафиксированным данным о приложенной нагрузке и геометрии отпечатка сферического индентора в автоматическом режиме определить твердость по Бринеллю для исследуемых образцов.
Преимущество устройства заключается в простоте эксплуатации при определении твердости металлов и сплавов способом вдавливания, а конструктивная особенность устройства позволяет снизить трудоемкость, повысить производительность и расшить функциональные возможности способа.