УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТВЕРДОСТИ ОБРАЗЦА ИЗ ТОКСИЧНОГО МАТЕРИАЛА
TEST RIG FOR HARDNESS OF SAMPLE MADE OF TOXIC MATERIAL

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к исследованиям твердости образцов из токсичных материалов.
Известна установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.03, опубликован 20.11.2004, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.
Недостатком известной машины является невозможность ее использования для механических испытаний образцов токсичных материалов при повышенных температурах без ее конструктивной доработки, что повлечет за собой усложнение конструкции и удорожание испытаний.
Известна установка для механических испытаний образцов из токсичных материалов при повышенных температурах (патент RU 2400728 с приоритетом от 28.09.2009, опубликован 07.09.2010, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из токсичного материала, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Кроме того, захваты снабжены шарнирами, нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля, регистрирующая аппаратура состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.
Недостатком известной установки является невозможность ее использования в исследованиях твердости образцов токсичных материалов.
Данная установка выбрана в качестве прототипа.
Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка универсальной установки для исследования твердости образцов из токсичных материалов.
Техническим результатом предлагаемого решения является возможность исследований твердости (в частности по Бринеллю) образцов из токсичных материалов.
Технический результат достигается тем, что в установке для исследования твердости образцов из токсичного материала, содержащей вакуумируемую рабочую камеру с захватами, один из которых активный, а второй пассивный, захват-тензодинамометр, механизм нагружения, регистрирующую аппаратуру, установленную на захвате-тензодинамометре, согласно изобретению, к активному захвату прикреплена верхняя рамка, а к пассивному захвату прикреплена нижняя рамка. Рамки соединены друг с другом таким образом, что растягивающее усилие захватов инвертируется в сжимающее усилие рамок. В месте соприкосновения рамок помещен испытуемый образец и индентор, который вдавливается в образец с определенным усилием, фиксируемым захватом-тензодинамометром.
По диаметру отпечатка, оставленного индентором (например, в виде стального шарика), диаметра индентора и величине усилия определяется твердость (в частности) по Бринеллю.
Рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс.
Возможность осуществления исследования твердости образца из токсичного материала достигается инвертированием растягивающей нагрузки в сжимающую посредством двух рамок, установленных на захватах установки. При приведении в действия механизма нагружения один из захватов с прикрепленной к нему верхней рамкой перемещается. При этом помещенные между рамками испытуемый образец и индентор в виде металлического шарика сжимаются, индентор вдавливается в образец. Приложенное усилие фиксируется с помощью захвата-тензодинамометра, а отпечаток от индентора на образце измеряется на микроскопе с измерительной шкалой.
Заявляемое техническое решение позволяет при замене идентора в виде шарика на соответствующий производить определение твердости по Виккерсу.
Защита персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов осуществляется за счет применения герметичной вакуумной камеры и герметичного перчаточного бокса.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность проведения исследований твердости образца из токсичного материала.
На чертеже показан пример исполнения части установки (инвертора) для исследования твердости образца из токсичного материала, где:
1 - активный захват;
2 - пассивный захват-тензодинамометр;
3 - образец;
4 - верхняя рамка;
5 - нижняя рамка;
6 - индентор.
Инвертор состоит из двух рамок (верхней и нижней), присоединенных к захватам разрывной машины (не показана), размещенной в рабочей камере, которая, в свою очередь, размещена перчаточном боксе (не показаны).
При приложении растягивающего усилия Р к актовому захвату 1 установки благодаря использованию инвертора, состоящего из верхней рамки 4 и нижней рамки 5, оно трансформируется в усилие сжатия, приложенного через шарик 6 к образцу 3. Усилие сжатия плавно прикладывают до тех пор, пока оно не достигнет необходимой величины, измеряемой при помощи пассивного захвата-тензодинамометра 2. Диаметр полученного отпечатка измеряется с помощью микроскопа со встроенной измерительной шкалой. Твердость по Бринеллю определяется в соответствии с ГОСТ 9012-59 с использованием измеренных величин в соответствии с:
где F - приложенное усилие в кГс, D - диаметр индентора, d - диаметр отпечатка индентора.
Поверхность исследуемого образца должна быть плоской для точного определения диаметра отпечатка индентора.
Благодаря заявляемой совокупности признаков решения появляется возможность исследований твердости образцов токсичных материалов.
Изготовлен опытный образец инвертора, испытан, результаты подтвердили его работоспособность и получение нового технического результата.