СКЛЕРОМЕТР

Полезная модель относится к приборам для испытания материалов и может быть использована для склерометрических исследований высокотемпературных свойств материалов, преимущественно сплавов.
Известен склерометр (Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М., «Машиностроение», 1979, с.118), содержащий основание с устройством для закрепления образца, индентор, механизм нагружения индентора и устройство для его перемещения. Устройство позволяет получать несколько параллельных треков.
Недостатками данного склерометра являются наличие ручного привода передвижения каретки с индентором, что снижает достоверность получаемых результатов, а так же невозможность проведения высокотемпературных испытаний.
В качестве прототипа выбрано устройство для склерометрических испытаний, описанное в способе определения износостойкости покрытия (см. патент РФ №2281475 МПК G01N 3/56, олубл. 10.08.2006), при котором производится царапание нагретого образца в герметичной камере с инертным газом. Склерометр содержит основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстия для подачи газа и подвода сварочных кабелей, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы.
Недостатком конструкции этого склерометра является невозможность проведения необходимых для получения достоверных результатов многократных (3…5 раз) испытаний одного образца без разгерметизации камеры и повторного нагрева образца. Это в свою очередь увеличивает время испытаний и приводит к повышенному термическому воздействию на испытуемый металл, что влияет на его структуру и свойства, снижая достоверность получаемых результатов.
Другим конструктивным недостатком прототипа является низкая термическая надежность токоподвода, который перегревается, что изменяет характер нагрева и общую температуру контролируемого образца металла, что так же приводит к снижению достоверности результатов эксперимента.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, обеспечивающего проведение серии экспериментов при высоких температурах без разгерметизации камеры с контролируемой атмосферой и повторного нагрева испытуемого образца, а так же повышение термической надежности токоподвода.
Технический результат заключается в повышении достоверности результатов склерометрических испытаний.
2
Технический результат достигается тем, что в склерометре, содержащем основание, на котором закреплена камера, имеющая отверстие для подачи газа, размещенную в камере направляющую с подвижной кареткой с зажимом, закрепленный на основании мотор-редуктор, связанный через муфту с винтом продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор и сменные грузы, каретка состоит из двух частей расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части закреплен дополнительный мотор-редуктор, связанный с винтом перемещения верхней части, а на направляющей закреплены две медные пластины с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100…120 мм, образующие токоподводящий узел, причем расстояние между ними равно длине рабочей части образца.
Выполнение каретки из двух частей с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга, приводимых в движение дополнительным мотор-редуктором, позволяет за одну установку образца наносить в процессе испытаний несколько параллельных треков без разгерметизации камеры, что устраняет недостатки прототипа и увеличивает достоверность результатов исследований.
2
Изготовление токоподводящего узла в виде двух пластин с площадью поперечного сечения в пределах 100…120 мм каждая, позволяет обеспечить постоянство режима нагрева образцов и получить оптимальный характер распределения тепла по длине образца.
2
2
При этом несоблюдение заданного диапазона площадей поперечного сечения каждой пластины может привести к следующим нежелательным последствиям. Во-первых, выполнение пластин с площадью поперечного сечения менее 100 мм вызовет их перегрев от проходящего по ним тока, это изменит характер распределения тепла по длине испытуемого образца и увеличит общую температуру его нагрева, что негативно отразится на достоверности полученных результатов. В свою очередь чрезмерное увеличение площади сечения пластин свыше 120 мм увеличит отвод тепла от образца в процессе его нагрева, это вызовет нежелательное увеличение продолжительности его нагрева и приведет к повышению термического воздействия на испытуемый металл, что повлияет на его структуру и свойства, снижая достоверность получаемых результатов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически изображен склерометр. На фиг.1 показан главный вид склерометра (пульт управления на фиг. не показан), на фиг.2 - показан вид склерометра сверху (герметичная камера на фиг. не показана), на фиг.3 - показан разрез АА каретки склерометра.
2
Склерометр состоит из основания 1, на котором закреплена камера 2, имеющая отверстие для подачи газа 3, размещенную в камере направляющую 4 с подвижной кареткой 5 с зажимом 6, закрепленный на основании мотор-редуктор 7, связанный через муфту 8 с винтом 9 продольного перемещения каретки, закрепленный в зажиме индентор 10 и сменные грузы 11. Каретка состоит из двух частей расположенных по высоте с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в поперечном направлении, причем на торцевой поверхности нижней части 12 закреплен дополнительный мотор-редуктор 13, связанный с винтом 14 перемещения верхней части 15. Также на направляющей 4 закреплены две медные пластины 16 с площадью поперечного сечения каждой в пределах 100…120 мм на расстоянии равном длине рабочей части образца 17, образующие токоподводящий узел. Склерометр также снабжен выносным пультом 18, имеющим органы управления процессом склерометрирования и оборудованным потенциометром для измерения ЭДС термопары.
2
Склерометр функционирует следующим образом: предварительно образец 17 закрепляют на токоподводящих пластинах 16 с площадью в поперечном сечении 100…120 мм. Подключают их к сварочному источнику тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой. После чего сопрягают индентор 10, нагруженный набором грузов 11, с образцом 17. Перед испытанием проверяют перпендикулярность индентора к поверхности образца и закрывают камеру 2. Включают источник тока и производят нагрев образца теплом, выделяющимся в рабочем участке образца при прохождении по нему электрического тока, одновременно осуществляя продувку камеры 2 инертным газом, через отверстие 3. При достижении температуры испытания включают мотор-редуктор 7, который через муфту 8 и винт 9 продольного перемещения придает поступательное движение каретке 5, осуществляя относительное движение индентора 10 и образца 17 со скоростью испытания. По завершению процесса производят остановку мотор-редуктора 7 и осуществляют поперечное смещение каретки при помощи дополнительного мотор-редуктора 13, после чего реверсируют мотор-редуктор 7 и выполняют второй трек, параллельный первому. Таким образом, осуществляют многократные испытания, что повышает достоверность высокотемпературных исследований материала. Управление процессом и контроль температуры нагрева рабочей части образца осуществляется при помощи пульта 18.
Пример.
Практический пример применения склерометра реализован при исследовании свойств наплавленного металла при высоких температурах.
2
Экспериментальные образцы наплавляли дуговым способом неплавящимся электродом в гелии с присадкой порошковых проволок. После чего подготавливали контролируемую поверхность путем ее полирования. В процессе эксперимента образец закрепляли на токоподводящих пластинах, подключенных к сварочному источнику тока, и устанавливали на него индентор с нагрузкой. При этом площадь поперечного сечения каждой пластины составляла 110 мм. Камеру герметизировали и продували аргоном в течение 2 мин при расходе газа 10 л/мин.
Образцы нагревали проходящим по нему током (200…300 А, напряжение 20 В) в течение 1…2 мин и при достижении заданной температуры испытаний включали мотор-редуктор, осуществляя продольное перемещение каретки с индентором. При этом температуру рабочей части образца определяли по показаниям потенциометра, связанного с зачеканенной в образец термопарой. После получения трека длинной 8…10 мм включали дополнительный мотор-редуктор, осуществляя смещение индентора на 0,8…1,2 мм в сторону и производили повторное царапание образца параллельно предыдущему треку в противоположном направлении. После получения на исследуемой поверхности 3…5 треков отключали источник тока, разгерметизировали камеру и производили съем образца.
По окончанию экспериментов отмечено отсутствие нагрева токоподвода в результате проходящего по нему электрического тока. А применение каретки, состоящей из двух частей с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга в направлении поперечном царапанию, позволило провести серию экспериментов на одном образце без разгерметизации камеры с инертным газом.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность проводимых исследований.