Акустический способ измерения микротвердости

 

Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий, может быть использовано для определения твердости и внутреннего трения поверхностного слоя материалов и изделий и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. Ns 1231430. Цель изобретения - повышение информативности за счет дополнительного определения эквивалентного сопротивления потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя материала. Акустический способ измерения микротвердости по авт. св. isfe 1231430 заключается в дополнительном определении эквивалентного сопротивления потерь индентора до внедрения, измерения частот собственного резонанса индентора до и после внедрения в испытуемый образец, по разности которых определяют фактическую площадь зоны контакта индентор - испытуемый образец. П j ПЛОЩЕ ди контакта определяют механические потери акустической системы, обусловленное излучением индентора акустическх в образец, с учетом которых рассчитывают эквивалентное сопротивление потеоь, rfjyc- ловлекных внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 N 3/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,@

jQl

ОО

jQw ,> (61) 1231430 (21) 4425692/28 (22) 22,02.88 (46) 30,06.92. Бюл. N 24 (71) Каунасский политехнический институт им, Антанаса Снечкуса (72) С,Й, Саяускас и А.К, Крегжде (53) 620.178.152(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1231430, кл. G 01 N 3/40, 1983, (54) АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ (57) Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий, может быть использовано для определения твердости и внутреннего трения поверхностного слоя материалов и изделий и является усовершенствованием основного изобретения по авт, св. ¹ 1231430, Цель изобретения — повышение информативности за счет дополИзобретение относится к технике контроля материалов и изделий, может быть использовано для определения твердостй и внутреннего трения поверхностного слоя материалов и иэделий и является усовершенствованием акустического способа измерения микротвердости по авт. св. №

1231430.

Цель изобретения — повышение информативности эа счет определения эквивалентного сопротивления потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя материала, На фиг, 1 изображена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — конструкция акустического датчика. нительного определения эквивалентного сопротивления потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя материала, Акустический способ измерения микротвердости по авт, св. № 1231430 заключается в дополнительном определении эквивалентного сопротивления потерь индентора до внедрения, измерения частот собственного резонанса индентора до и после внедрения в испытуемый образец, по разности которых определяют фактическую площадь зоны контакта индентор — испь:туемый образец. П-, площади контакта определяют механические потери акустической системы, обусловленные излучением индентора акустическ.::х вол Р в образец, с учетом которых рассчитываю. эквивалентное сопротивление потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя. 2 ил„1 табл.

Устройство, реализующее акустический способ измерения микротвердости, содержит микротвердомер Г1МТ-3 (не показан), акустический датчик и измерительный блок акустического датчика.

Акустический датчик содержит магнитострикционный стержень 1, который одним концом закреплен на массе 2 нагрузки стержня, а другой конец заканчивается индентором 3. К нижнему концу массы 2 нагрузки стержня прикреплена катушка 4 возбуждения, а к верхнему концу — пьезопреобразователь 5. Акустическая система, образованная магнитострикционным стержнем 1, индентором 3, массой 2 нагрузки стержня, катушкой 4 возбуждения и пьезоп1744586 реобразователем 5, собрана в единый жесткий узел и закреплена в стакане 6, который помещен в корпусе 7 акустического датчика таким образом, что стенки стакана 6 в трех точках касаются пластмассовых упоров 8, регулируемых винтами 9. Стакан 6 вместе с акустической системой винтом 10 прикреплен к сердечни у11 соленоида механизма нагрузки, в верхнюю часть которого ввинчен стержень 12, и через шайбу 13 подвешен на компенсационной пружине 14, которая нижним концом опирается на регулировочную гайку 15, навинченную на крышку 16 корпуса 7 акустического датчика, В кольцевое углубление крышки 16 установлена поддерживающая и направляющая стержень 12 нейлоновая шайба 17 с направляющим выступом. Катушка 18 соленоида болтами 19 прикреплена к крышке 16, На верхнюю часть шайбы 13 устанавливаются грузики 20. Корпус 7 акустического датчика прикреплен к верхнему кронштейну 21 механизма нагружения микротвердомера

ПМТ-З, Магнитострикционный стержень 1 с индентором 3 проходит через отверстие полого штока 22 механизма уравновешивания деталей индентора микротвердомера ПМТ3. Полый шток 22 имеет крепежный винт 23.

Измерительный блок содержит усилитель

24 мощности, измерительный усилитель 25, индикатор 26, анализатор 27 спектра, частотомер 28, Способ реализуется следующим образом.

Испытуемый образец закрепляют на предметном столике микроскопа так, чтобы исследуемая поверхность образца была параллельна рабочей плоскости предметного столика. Предметный столик микроскопа поворачивают в крайнее правое положение до упора. Макро- и микровинтами перемещают тубус микроскопа для наведения на фокус поверхности образца. Вращением микрометрических винтов предметного столика микроскопа устанавливают нужное для измерения микротвердости место. Предметный столик поворачивают против часовой стрелки до упора, Выбранную нагрузку на индентор 3 в зависимости от твердости испытуемого материала создают изменением в катушке 18 соленоида или установкой на верхнюю часть шайбы 13 грузика 20. Вращением крепежного винта 23 освобождают индентор 3 с магнитострикционным стержнем 1 от полого штока 22, Затем в сферическом инденторе 3 возбуждают резонансные колебания автогенератором, образованным пьезопреобразователем

5, усилителем 24 мощности с обратной связью и катушкой 4 возбуждения. Ампли5

55 туду колебаний индентора 3 регулируют по напряжению Ч1 с пьезопреобразователя 5 с помощью измерительного усилителя 25 и индикатора 26. Анализатором 27 спектра и частотомером 28 измеряют резонансную частоту f< акустической системы, состоящей из индентора 3, магнитострикционного стержня 1, катушки 4 возбуждения, массы 2 нагрузки и пьезопреобразователя 5, а также полосу пропускания AF эквивалентного резонансного контура (фиг. 2), по которым определяют эквивалентное сопротивление г потерь ненагруженной акустической системы согласно формуле г =2 zcLAF, где L — эквивалентная индуктивность эквивалентного резонансного контура.

Далее акустическую систему индентором

3 прижимают с постоянной силой к испытываемому образцу. Внедрение индентора 3 в испытуемый образец приводит к тому, что изменяются параметры акустической системы; резонансная частота, определяемая реактивной частью импеданса зоны контакта индентор 3 — испытуемый образец, и добротность, определяемая активной частью импеданса зоны контакта индентор 3 — испытуемый образец, Обратная связь по току, охватывающая усилитель 24 мощности, поддерживает постоянным ток в катушке 4 возбуждения и, следовательно, возбуждающую силу, приложенную к акустической системе. При этих условиях амплитуда колебаний индентора

3, регистрируемая индикатором 26 в виде напряжения Uz, оказывается пропорциональной добротности акустической системы, Так как добротность акустической системы зависит от активной составляющей импеданса зоны контакта, которая в свою очередь определяется площадью контакта и, следовательно, микротвердостью образца, индикатор 26, шкала которого проградуирована в единицах твердости, показывает микротвердость исследуемого образца, Частотомером 28 измеряется изменившееся значение резонансной частоты fz акустической системы и определяется изменение Af= fz-f)), являющееся пропорциональным Пъ, где VSj< — площадь зоны контакта, индентор 3 — испытуемый образец. Путем калибровки прибора с помощью оптического микроскопа микротвердомера

ПМТ-3 по изменению hf частоты определяется величина площади Яь Затем рассчитывают эквивалентное сопротивление rT потерь, обусловленное внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя, согласно формуле 1744506 гп= Як Vp EgA+ф В), 2v2 а>

35

АИ гт = го — — гп

Цг где Ь U= U>-0г; U> и Uz — соответственно напряжения резонансных колебаний ненагруженной акустической системы и после внедрения индентора 3 в образец где р, Е, v, С вЂ” соответственно плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и скорость поперечных волн для материала образца; R — радиус сферического индентора; а и а — безразмерные постоянные, зависящие от коэффициента Пуассона, определяемые по таблице.

Дополнительно полученная информация о внутреннем трении в локальной зоне материала образца, являющейся важной механической характеристикой структуры и состояния материала, обеспечивает проведение исследований распределения напряженности поверхностных слоев, адгезии многослойных структур, явлений усталости и других свойств материала, обусловленных дислокационным трением и его структурой.

5 Формула изобретения

Акустический способ измерения микротвердости по авт. св. ЬЬ 1231430, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения информативности, дополнительно опреде10 ляют эквивалентное сопротивление rp потерь колеблющегося индентора до внедрения, измеряют частоты собственных резонансов индентора до и после внедрения, по разности измеренных частот опре15 деляют фактическую площадь зоны контакта индентор — испытуемый образец, по которой рассчитывают эквивалентное сопротивление r> механических потерь, обусловленных излучением индентором

20 акустических волн в образец, и определяют эквивалентное сопротивление г, потерь, обусловленное внутренним трением в локальной зоне поверхностного слоя, по формуле

25 ЛU гт — го гп

Ог где Л0= U>-Ог; U< и Uz — соответственно, напряжение резонансных колебаний индентора до и после внедрения в образец.

1744586

Составитель А.Паникленко

Редактор Е.Егорова Техред M.Moðãåíòàë Корректор H.Ревская

Заказ 2192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,l агарина, l01