ТВЕРДОМЕР СТАЦИОНАРНЫЙ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ОБРАЗЦОВ МЕТАЛЛА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
STATIONARY DUROMETER FOR MEASUREMENT OF HARDNESS OF METAL SAMPLES UNDER NEGATIVE TEMPERATURE

Изобретение относится к контролю твердости металла на стационарном твердомере и может быть использовано для многократного контроля твердости образцов металла при заданной установившейся отрицательной температуре, например, для косвенной оценки критической температуры хрупкости (КТХ) с использованием температурных зависимостей твердости, полученных на образце металла, достаточном для измерения твердости, в случаях, когда невозможно определить КТХ по результатам испытаний на ударный изгиб из-за отсутствия достаточного количества металла для изготовления образцов (при диагностировании сосудов и аппаратов и т.п.).
Известен твердомер (Мальков О.В., Литвиненко А.В. Измерение твердости металлов, http://wwwcdl.bmstu.ru/mt2/malkovl/izmerenie_tverdosti_metallov.pdf. режим доступа 12.10.2012.), включающий корпус, предметный стол с возможностью вращения и вертикального перемещения, индентор с системой перемещений, систему нагружения образца и систему измерения степени деформации.
Недостатком данного технического решения является невозможность проведения замеров твердости при заданной установившейся отрицательной температуре.
Техническим результатом изобретения является многократное измерение твердости на одном образце металла при заданной установившейся отрицательной температуре.
Техническая задача решается тем, что твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре, включающий корпус, предметный стол с возможностью вращения и вертикального перемещения, индентор с системой перемещений, систему нагружения образца, снабжен системой охлаждения и регулирования температуры образца, состоящей из сосуда Дьюара с жидким азотом, подводящего и отводящего шлангов, связанных с предметным столом, который выполнен в виде камеры с теплоизолирующим корпусом и размещенной внутри нее кюветы со спиртом для образца, причем корпус камеры снабжен датчиком температуры, подводящий шланг соединен с сосудом Дьюара через регулировочный кран, а на отводящем шланге расположены манометр и дублирующий кран.
Охлаждение предметного стола, спирта и образца достигается за счет испарения жидкого азота, поступающего из сосуда Дьюара.
На фиг.1 показана схема твердомера, на фиг.2 - поворотное устройство предметного стола твердомера, на фиг.3 - измерение твердости металла при заданной отрицательной температуре на твердомере.
Твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре включает корпус 1, предметный стол 2 с системой 3, обеспечивающей возможность вращения и вертикального перемещения, индентор 4 с системой перемещений 5, систему нагружения образца 6 и систему охлаждения и регулирования температуры образца. Система охлаждения и регулирования температуры образца состоит из сосуда Дьюара 7 с жидким азотом, подводящего 8 и отводящего 9 шлангов, связанных с предметным столом 2, который выполнен в виде камеры с теплоизолирующим корпусом 10 для снижения теплообмена с окружающей средой. Внутри камеры с теплоизолирующим корпусом 10 установлена кювета 11 со спиртом для равномерного отвода тепла от образца. Теплоизолирующий корпус 12 камеры снабжен датчиком температуры 13, соединенным с визуализатором температуры измерения 14, для контроля достижения требуемой температуры и охлаждения образца при проведении измерений твердости. Подводящий 8 шланг соединен с сосудом Дьюара 7 регулировочным краном 15 для регулирования скорости охлаждения и обеспечения заданных отрицательных температур, а на отводящем 9 шланге расположены манометр 16 и кран дублирующий 17 для более точного регулирования и фиксирования заданных значений отрицательных температур.
Предметный стол 2 через эксцентриковую проставку 18 связан с поворотным устройством, включающим диск 19, в пазу 20 которого установлен поводок 21, связанный через стойку 22 с манометром 16. Хомут 23 обеспечивает связь предметного стола 2 с предметной стойкой 24. Поворотное устройство обеспечивает достаточное количество точек измерения твердости на образце без перемещения образца по предметному столу 2.
Твердомер работает следующим образом.
Образец металла помещают в кювете 11 со спиртом на стол предметный 2 и устанавливают соответствующие грузы системы нагружения 6. Открывают регулировочный кран 15, и жидкий азот из сосуда Дьюара 7 попадает в камеру с теплоизолирующим корпусом 10, где, испаряясь, охлаждает металл образца до заданной отрицательной температуры. Температуру отслеживают на визуализаторе температуры измерения 14 и при достижении необходимой отрицательной температуры регулировочный кран 15 прикрывают. Для более точного регулирования скорости охлаждения и фиксирования заданных значений отрицательных температур используют дублирующий 17 кран. С помощью системы 3 поднимают предметный стол 2 до соприкосновения индентора 4 с образцом металла. Затем системой нагружения образца 6 создается необходимая нагрузка и фиксируется глубина внедрения индентора 4 в образец, производится измерение твердости на образце, после чего ослабляют болтовое соединение поводка 21 с диском 19 и ключом поворачивают эксцентриковую проставку 18 на небольшой угол, в этом случае образец смещается относительно индентора 4 твердомера, что позволяет проводить несколько измерений твердости во всем диапазоне необходимых температур без перемещения образца по кювете 11, после поворота эксцентриковой проставки 18 затягивается болтовое соединение поводка 21 с диском 19 и производится повторное измерение твердости металла образца.
Использование спирта (этанола) в качестве среды теплообмена обеспечивает достижение необходимой равномерной температуры охлаждения, а полное погружение образца в спирт исключает образования инея в зоне измерения твердости.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый твердомер позволяет не только осуществить достоверную оценку твердости исследуемого металла контролируемой скоростью охлаждения и заданной величиной отрицательной температуры, но и обеспечивает проведения многократного измерения твердости без перемещения образца на предметном столе.