УСТАНОВКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ НАНОПОКРЫТИЙ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛИ ПРИ ЛИНЕЙНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

Полезная модель относится к устройствам для формирования поверхностных наноструктур на металлических деталях с последующим исследованием их механических свойств и может быть использовано в машиностроении для создания защитных, упрочняющих и износостойких покрытий.
Известно устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU №2293791). Устройство содержит камеру, состоящую из верхней и нижней частей, ампулу с жидкометаллическим раствором, расположенную в нижней камере, нагревательные устройства, теплозащитные экраны, вакуумную систему и систему наполнения камеры инертным газом. Обе части камеры по внутренним полостям стенок охлаждаются жидкостью. Технологический процесс нанесения покрытия, в данном устройстве происходит следующим образом: после герметизации камеры, достижения в ней заданного вакуума камера заполняется инертным газом. Нагрев камеры производится при помощи нагревателей. После достижения заданной температуры деталь погружается в металлический раствор, в результате чего происходит нанесение на изделие покрытия.
Недостатком данной установки является то, что она не обеспечивает возможность совмещения процессов нанесения покрытия на деталь и испытания их на прочность.;
Известен стенд для испытания вращающейся детали на разрыв (патент RU №2029276). Стенд содержит вакуумную разгонную камеру, привод вращения испытуемого образца, датчики, регистрирующее устройство, индукционный нагреватель для разогрева всего образца и нагреватель для локального разогрева части образца. Испытания проводят в условиях, близких к условиям эксплуатации.
Известно устройство для испытания образцов материалов на растяжение (патент RU №2251676). Устройство состоит из элемента повышенной жесткости системы нагружения зоны локализации деформации, внутри которого расположены захваты с резьбой для крепления образцов и системы сбора и обработки информации.
Данные устройства предназначены только для испытания образцов, а обработку с целью упрочнения поверхности образцов приходится проводить в других устройствах. Кроме того, в этих устройствах невозможно производить испытания полых образцов.
Задачей полезной модели является сокращение времени между нанесением упрочняющего покрытия и исследованием прочности образца с нанесенным покрытием за счет проведения этих операций в одной установке, и повышение точности испытаний за счет проведения их в условиях, близких к эксплуатационным.
Задача решается тем, что установка для формирования на поверхности детали нанопокрытия и исследования прочности детали при линейном напряженном состоянии содержит устройство для нанесения на поверхность детали нанопокрытий и устройство для исследования прочности детали при линейном напряженном состоянии, причем устройство для нанесения покрытия выполнено в виде вакуумной камеры с узлом подачи охлаждающей жидкости, вакуумная камера состоит из полого охлаждаемого корпуса с патрубком для откачки воздуха и патрубком для подачи аргона и составной крышки, полость которой соединена в корпусом, на корпусе закреплена панель для термопар и датчиков давления, а внутри установлена металлическая колба с ванной, заполненной жидкометаллическим расплавом, верхний конец металлической колбы закреплен в верхней части крышки, а вокруг нее расположены нагревательные элементы, над ванной установлена металлическая труба, закрепленная в верхней части крышки с возможностью вертикального перемещения, к нижнему концу трубы прикреплена полая обрабатываемая деталь с образованием замкнутой полости, верхний конец трубы, выступающий из камеры, соединен с рычагом для вертикального перемещения и содержит патрубок для отвода жидкости, а узел для подачи охлаждающей жидкости состоит из трубки, размещаемой в полости трубы с деталью, с патрубком для подачи жидкости, устройство для исследования прочности детали состоит из рычага, соединенного со стержнем, размещаемым в полости трубы с деталью, на одном плече рычага установлен индикатор, другой конец соединен с тарелкой с грузом, нагревательные элементы содержат устройства для ввода электроэнергии и вольфрамовые проволоки, труба соединена с обрабатываемой деталью сварным соединением.
На фиг.1 изображена установка для формирования на поверхности детали нанопокрытия.
На фиг.2 изображена установка для исследования прочности детали при линейном напряженном состоянии.
Установка состоит из полого охлаждаемого корпуса 1 вакуумной камеры, составной крышки 2, полость крышки 2 соединена с корпусом 1 через отверстие 3. Патрубок 4 служит для удаления воздуха из корпуса 1 и соединен с диффузионным насосом (не показан). Патрубок 5 служит для подачи аргона. На стенке корпуса 1 установлена панель 6 для крепления датчиков давления. Внутри корпуса 1 установлена металлическая колба 7 с ванной 8, заполненной жидкометаллическим расплавом. Вокруг колбы 7 расположены нагревательные элементы 9. Для предохранения перегрева металла корпуса от перегрева внутри камеры размещаются теплозащитные экраны 10. Над ванной 8 установлена металлическая труба 11, закрепленная через зажимной узел 12 в верхней части крышки 2 с возможностью вертикального перемещения. Нижний конец трубы 11 соединен (например, приварен) с обрабатываемой деталью 13 с образованием замкнутой полости. В верхней части труба содержит патрубок 14 для вывода охлаждающей жидкости и соединена с рычагом 15, закрепленным на крышке 2, с помощью которого возможно осуществлять вертикальное перемещение трубы 11. Узел для подачи охлаждающей жидкости в трубу 11 состоит из металлической трубки 16, размещаемой в полости трубы 11, с патрубком 17 для подачи охлаждающей жидкости. Устройство для исследования прочности детали при линейном напряженном состоянии состоит из рычага 18, соединенного со стержнем 19, размещаемым в полости трубки 11 так, чтобы он упирался в дно детали 13. На одном плече рычага установлен индикатор 20 для контроля деформации детали, а другой соединен с тарелкой 21 с грузом 22.
Установка работает следующим образом:
После герметизации камеры включают диффузионный насос (не показан), прикрепленный к патрубку 4, для создания вакуума в установке. По достижении заданного вакуума производится заполнение камеры аргоном через патрубок 5. Далее производится нагрев ванны 8 с жидкометаллическим расплавом, размещенной в металлической колбе 7, до заданной температуры при помощи нагревателей 9. Затем открывается патрубок 17, и через него и трубу 16, размещенную в полости трубы 11, производится непрерывное охлаждение детали 13, приваренного к трубе 11. Далее с помощью рычага 15 деталь погружается в ванну 8 с жидкометаллическим расплавом. В результате из-за большого температурного градиента на поверхности раздела деталь-расплав начинается осаждение растворенного в расплаве металла на поверхность детали. По истечении определенного времени при помощи рычага 15 образец вынимают из расплава и подвергают испытанию при линейном напряженном состоянии. Для этого в трубу 11 вставляют металлический стержень 19, упирающийся в дно детали. С помощью груза 22 на тарелке 21 регулируют величину нагрузки на деталь. Индикатор 20 фиксирует степень растяжения детали через перемещение рычага 18.
В результате применения предложенного комплекса значительно сокращается время проведения испытаний за счет возможности нанести на поверхность детали нанопокрытие и сразу испытать эту деталь, не вынимая ее из установки.