КАМЕРА ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Полезная модель относится к устройствам, применяемым при методах испытаний и измерений пластичности и прочности материалов при низких температурах.
Известны устройства для испытания механических свойств при низких температурах со степенями деформации, достигаемых при растяжении и осадке (Веркин Б.И., Пустовалова В.В. Низкотемпературные исследования пластичности и прочности (приборы, техника, методы) М.; Энергоиздат, 1982; Клявин О.В. Физика пластичности кристаллов при гелиевых температурах. М, Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.).
Недостатком применяемых устройств является ограничение по величине деформации. В применяемых ранее устройствах степень деформации не превышает нескольких десятков процентов. Эти деформации достигаются деформированием в схеме на растяжение и(или) осадку.
Известна камера для рентгеноструктурных исследований металлов, подвергнутых пластической деформации осадки при низких температурах (Аппаратура и методы рентгеновского анализа, 1967, вып.1, с.173-175, Л., изд. СКВ рентгеноаппаратуры.), состоящая из низкотемпературного гелиевого криостата - 2, азотной рубашки в виде сосуда дюара - 3, с впаянными бериллиевыми окнами для пропускания рентгеновских лучей и стеклянными на противоположной стороне - для наблюдения флуоресцирующего экрана на выходном отверстии рентгеновской камеры, силового блока, содержащего сжимающие диски - 6, которые приводятся в действие через элементы системы передачи усилия - 4, 5 вращением штока - 1.
Камера крепится непосредственно на дне низкотемпературного гелиевого криостата - 2, а силовой блок может подниматься вверх, что снижает теплоподвод в криостат.
Образец исследуемого металла - 7 помещают на ротор-держатель образца - 9, который закреплен в подшипнике - 8 и поворачивается вокруг своей оси на необходимый угол с помощью магнитного привода - 10.
На рисунке 1 приведена схема камеры-прототипа.
Камера работает следующим образом:
Образец - 7 помещают в камеру в процессе ее сборки: на ротор-держатель образца - 9, который закреплен в подшипнике - 8 и находится в нижней части низкотемпературного гелиевого криостата - 2.
После сборки камеры сосуд дюара - 3 заполняют жидким азотом, а низкотемпературный гелиевый криостат - 2 заполняют жидким гелием до уровня, при котором обеспечивается полное погружение образца - 7 в жидкий гелий и его охлаждение до температуры 4К.
Затем силовой блок с раздвинутыми сжимающими дисками - 6 отпускают до уровня, при котором сближение сжимающих дисков - 6 обеспечит сжатие образца - 7.
Производят пластическую деформацию осадки путем сжатия образца - 7 сжимающими дисками - 6 за счет вращения штока - 1, усилие от которого передается на сжимающие диски - 6 с помощью элементов системы передачи усилия - 4, 5.
После выполнения пластической деформации образца - 7, обратным путем разводят сжимающие диски и поднимают силовой блок. Понижают уровень гелия до подшипников - 8, чтобы обеспечить наилучшее прохождение рентгеновских лучей и производят рентгеноструктурное исследование образца - 7, поворачивая образец, находящийся на ротор-держателе образца - 9, вокруг своей оси на необходимый угол с помощью магнитного привода - 10.
Недостатком известной камеры является то, что она предназначена для исследования изменений структурных характеристик металлов только в результате пластических деформаций осадки и ее конструкция не позволяет провести воздействие на исследуемый образец больших степеней деформации.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность изучения изменения свойств материалов, подвергнутых большим пластическим деформациям осадки и сдвига при низких температурах гелиевого диапазона.
Указанный технический результат достигается тем, что камера пластической деформации при низких температурах, состоящая из корпуса, в котором установлен силовой блок с приводом создания усилия и опора для образца, отличающаяся тем, что в качестве опоры для образца используется радиально неподвижная наковальня из кубического нитрида бора (КНБ), размещенная на упругом узле силового блока, состоящем из стальных опорных дисков и тарельчатых пружинных колец, расположенных в нижней части корпуса, на таблетку, изготовленную из исследуемого материала лежащую на радиально неподвижной наковальне, опирается узел деформации сдвига силового блока, состоящий из упорного подшипника, пуансона с приводом усилия деформации сдвига и подвижной наковальни из кубического нитрида бора, в верхней части корпуса установлена вжимная гайка силового блока с приводом усилия деформации осадки.
Давление, развиваемое упругим узлом силового блока, передается на таблетку-образец из исследуемого материала путем сжатия нижней и верхней наковален, последняя из которых имеет возможность поворота вокруг оси наковальни независимо от величины усилия сжатия.
Используемая схема деформирования с соосными независимыми приводами деформаций осадки и сдвига позволяет избежать проникновения гелия в материал образца и адсорбцию гелия на дефектах кристаллической решетки. Тем самым исключается его влияние на механизмы и кинетику процессов низкотемпературной деформации.
Сжатие образца коническими наковальнями из КНБ, которые обладают высокой жесткостью, обеспечивает большие деформации осадки, при этом верхняя наковальня имеет возможность поворота вокруг оси независимо от величины сжатия. Конструкция позволяет производить подконтрольный поворот как по скорости так и по величине прилагаемого усилия.
На рисунке 1 приведена схема камеры для рентгеноструктурных исследований металлов, подвергнутых пластической деформации при низких температурах (прототип).
На рисунке 2 приведена схема предлагаемой камеры пластической деформации под давлением в условиях низких температур.
Камера состоит из корпуса - 5, в нижней части которого, установлена радиально неподвижная наковальня из кубического нитрида бора - 9, размещенная на упругом узле силового блока состоящем из стальных опорных дисков - 11 и тарельчатых пружинных колец - 10.
На таблетку - 8, изготовленную из исследуемого материала, лежащую на радиально неподвижной наковальне, опирается узел деформации сдвига, состоящий из опорного подшипника - 6, пуансона - 3 с приводом усилия деформации сдвига - 1 и подвижная наковальня из кубического нитрида бора - 7.
В верхней части корпуса установлена вжимная гайка - 4 с приводом усилия деформации осадки - 2.
Камера предназначена для исследования изменений структурных характеристик твердого тела в результате пластических деформаций сдвига и осадки, полученных воздействием на таблетку из исследуемого материала сил сжатия и кручения различной величины в условиях низких температур водородного и гелиевого диапазона.
Конструкция камеры позволяет подвергнуть таблетки толщиной 0,05-0,1 мм и диаметром 2-5 мм сверхбольшой ε=7-8 степеней деформации.
Предлагаемая камера работает следующим образом.
Из исследуемого материала изготавливаются необходимое, в соответствии с планом исследования, количество образцов-таблеток.
Шаг 1.
Очередной образец-таблетку - 8 помещают в камеру в процессе ее сборки на неподвижную наковальню из нитрида бора - 9, размещенную на стальном опорном диске - 11 упругого узла силового блока, находящегося внутри корпуса - 5 камеры.
Шаг 2.
После сборки и закручивания вжимной гайки - 4 на определенную величину усилия вращения на таблетку - 8 воздействует сила сжатых тарельчатых пружинных колец - 10 упругого узла силового блока, которая необходима для устойчивости собранной камеры.
Шаг 3.
Затем с помощью привода усилия деформации осадки - 2 при комнатной температуре либо при температуре жидкого азота (77К) вращается вжимная гайка - 4 за счет чего сжимаются тарельчатые пружинные
кольца упругого узла силового блока и развивается сила сжатия, которая через наковальни 7 и 9 обеспечивает квазистатическое давление до 40 гигапаскалей (ГПа) на таблетку - 8 и ее начальную пластическую деформацию осадки.
Шаг 4.
В этом состоянии камера вводится в гелиевый криостат, в котором происходит охлаждение таблетки - 8 до гелиевой температуры (не ниже 4,2 К).
Шаг 5.
С помощью привода усилия деформации сдвига - 1 от внешнего редуктора, находящегося вне криостата, производится дозированный по углу и времени поворот пуансона - 3 и подвижной наковальни из кубического нитрида бора - 7, что приводит к деформации сдвига таблетки - 8, которая может достигать степеней ε=7-8.
Шаг 6.
Камера извлекается из криостата, доводится до комнатной температуры, разбирается и таблетка - 8 подвергается спектрометрическим исследованиям.