Устройство для определения твердости материалов при высоких температурах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЁРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ высоких ТЕМПЕРАТУРАХ ПО авт. ей. № 968693, тем, tTo, о т л и ч а ю-щ е е с я с целью повышения точности, индентор вьтолнен из монокристалла стабилизированной двуокиси циркония с параллельными его оси каналами, заполненными металлооКисными равномояярньаш смесями, и с .пористыми ме- . таллическими слоями, нанесенными соосно каналам на поверхность, обращенную к образцу.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

O% 01) 3(5g G 01 N 3/5 4

ОПИСАНИЕ:ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (61) 968693 (21) 3351539/25-28

{22) 06.11.81

{46) 23.04.83 Бюл, .М 15 (72) В.Г.Баранов, С.h.Âîéêîâ и

Ю Г,Годин

{71) Московский ордена Трудового красного Знамени инженерно-физический институт (53) 620.178.156. 2 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

i 638873> кл. G 01 и 3/40, 1976.

2. Авторское сВИдетельстио СССР

i4.968693, кл. G 01 и 3/54, 1981 .(прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ

ТЕМПЕРАТУРАХ по авт. св. Р 968693, о т л и ч а ю-ц е е с я тем, что, с целью повыаения точности, индентор выполнен иэ монокристалла стабилизированной двуокиси циркония.с параллельными его оси каналами, заполнеиными металлоокисными равномолярными смесями, и с пористыми ме-, таллическими слоями, нанесенными соосно каналам на nîàåðõíîñòü, обращенную к образцу.

1013819

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к измерениям твердости образцов материалов и готовых иэделий при повышенной тем пеРатуре.

Известно устройство для определения твердости материалов, содержащее корпус, расположенные в корпусе индентор, систему нагружения индентора, узел регистрации глубины внедрения индентора, выполненный в виде тензореэистора, установленного на чувствительном элементе (1).

Однако это устройство позволяет проводить измерения с высокой точностью только при идеально ровной поверхности контролируемого образца.

По основному авт. св. Р 968693 известно устройство для определения твердости материалов при высоких температурах, содержащее вакуумную камеру, расположенные в ней нагреватель, индентор, систему нагружения индентора, связанные с индентором датчики нагружения и глубины внедрения, снабженное термостатом, расположенным вне камеры. Датчики выполнены в виде вертикальной и гориэонтальной труб и тейзореэисторов, закрепленных на их внешней поверхности, внутренние полости труб сое динены последовательно через термостат, нижний конец вертикальной трубы закреплен на инденторе, а верхний связан с системой нагружения (2 .

В этом устройстве сигнал с датчика нагружения поступает только после того, как индеитор углубится на некоторую глубину:.в поверхностный слой образца, и нагрузка превысит порог чувствительности датчика. При контроле таких материалов как цирко-, ний, двуокись урана и др. погрешность измерений может быть значительной, так как их механические характеристики сильно зависят от содержания кислорода, а содержание последнего в образце может сильно меняться при температурах выше 600"К.

Цель изобретения - повышениЕ точ ности измерений; Цель достигается тем, что в уст- ройстве для определения твердости материалов при высоких температурах> индентор выполнен иэ монокристалла стабилизированной двуокиси циркония с.параллельными его оси кайалами, заполненными метайлоокисными равномолярными смесями, и с поРистыми ме.таллическими слоями, нанесенными соосно каналам на йоверхность, обращенную к образцу.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит вакуумную . камеру 1, позволяющую вроизводить измерения твердости в вакууме или потоке инертного газа, систему 2 нагружения, жестко соединенный с водоохлаждающим штоком 3 индентор 4, выполненный из монокристалла стабилизированной двуокиси циркония, имеющий несколько (например, два) параллельных оси индентора каналов 5 и б, заполненных металлоокисными равномолярными смесями (например из Ni-Ìi0 и Fe-Fe0) располо10 женные в каналах электроды 7 и 8 сравнения и соединенные с потенциометрическими выводами 9 и 10, находящимися под дном каналов 5 и б, газовые электроды 11 и 12, выполненные в виде пористых металлических слоев, соединенные с потенциометрическими выводами 13 и 14, узлы 15 и 16 регистрации глубины внедрения и нагружения индентора, соответственно, тензодатчики 17 и 18, подключенные к регистратору 19, нагреватель 20, образец 21, держатель 22, имеющий систему 23 отверстий для подачи газа к рабочей поверхности индентора 4 ° Кислородный насос 24 служит для создания заданной величины окислительного потенциала газовой среды.

Потенциометрические выводы 9, 10, 13, 14 и 25 подключены к измерительному прибору 26. Внутренние полости штока 27 регистрации перемещения индентора 4 и штока 3 соединены последовательно через термостат 28 для обесйечения циркуля-ции по ним охлаждающей жидкости..

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 21 закрепляют в держатеЛе 22, герметизуют

40 камеру 1, откачивают внутренний объем, устанавливают поток инертного газа и включают кислородный на.сос 24. Нагревают образец 21 и индентор 4 до рабочей температуры, лежащей в интервале 600-2000 К и прикладывают к штоку 3 нагрузку, в результате чего шток начинает перемещаться вниз и изгибать шток 27. ,При этом сигнал с тензодатчиков 17 поступает на регистратор 19,обеспечивая, регистрацию перемещения индентора.

При достижении индентором 4 контролируемой поверхности образца 21 происходит замыкание электрохимической цепи концентрационной ячейки, состоящей иэ образца 21, индентора 4, электродов 7 и 8 сравнения и потенциометрических выводов 25, 9 и 10 а возникающие при этом два значения

60 ЭДС, одно из которых отличается от нуля, подаются на измерительный прибор,26, связанный с регистратором

19, что позволяет с высокой точностью зафиксировать момент касания

65 индентора .4 поверхности образца 21.

1О1381Э

Составитель Е.Михайлов

Редактор A.Øàíäîð Техред А.. Бабинец Корректор И. Шулла

Заказ 3005/51 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5 а филиал ППП "Патент", гt Ужгород, ул: Проектная, 4

Последующая одновременная запись сигналов тензодатчиков 17 и 18 позволяет определить глубину внедрения ийдентора 4, скорость нарастания и величину полной нагрузки, приложенной к индентору, а также время выдержки индентора под нагрузкой.

Во время внедрения индентора непрерывно регистрируют значения ЭДС между образцом 21 и электродами 7 и 8 сравнения, определя я одержание кислорода в образце, Величину

ЭДС между образцом 21 и газовыми электродами 11 и 12 поддерживают вблизи нулевого значения с помощью кислородного насоса 24„ предохраняя образец от окисления.

Использование концентрационной

ЭдС между образцом и электРОЛами сравнения, расположенными в двух каналах индентора и обладающими pasными значениями кислородного потенциала для того, чтобы при любом содержании кислорода в образце одна из концентрационных ЭДС отличалась от нулевого значения, позволяет снизить погрешность измерения твер-

10 дости за счет установления нулевого положения иидентора с высокой точностью, а поддержание состава образца неизменным во время измерений устраняет.погрешнрсти, обусf5 ловленные изменением содержаний кислорода в поверхностном слое образца.