Способ определения механических характеристик и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к способам и устройствам для испытания материалов, в частности к определению их физико-механических характеристик. Сущность изобретения заключается в том, что в испытуемый материал внедряют индентор ударным способом. При этом датчик регистрирует кинематические характеристики ударного вдавливания: максимальную глубину проникновения, максимальную скорость проникновения, максимальное положительное ускорение, максимальное отрицательное ускорение. Механические свойства материалов: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударную вязкость, предел выносливости, твердость определяют по зависимости, представленной в виде полинома n-й степени где a⁽_o^j), a^(j)_ik, k = 1,..., n, j = 1,...,7 - коэффициенты полинома, определяемые для каждого j-го механического свойства на стадии предварительных исследований, Х₁ - максимальная глубина проникновения, X₂ - максимальная скорость проникновения. X₃ - максимальная скорость проникновения, X₃ - максимальное положительное ускорение, X₄ - максимальное отрицательное ускорение. Сущность изобретения заключается также в том, что переносной электронный прибор, содержащий нагружающее устройство, индентор, электронно-счетную систему, дополнительно содержит датчик, состоящий из постоянных магнитов и катушки для регистрации кинематических характеристик ударного вдавливания, а в качестве нагружающего устройства содержит пружину, реализующую ударное вдавливание индентора. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность.

Известен способ определения механических характеристик, при котором в испытуемый материал внедряет сферический индентор при возрастающей нагрузке. Измеряют нагрузку и глубину отпечатка, по которым определяют предел прочности [1] Известно устройство для определения твердости, содержащее нагружающий механизм, индентор, предметный стол и механизм измерения глубины внедрения [2] Известно устройство, содержащее цилиндрический корпус с пружиной и упором, боек, стопор.

Недостатками известных технических решений являются низкая точность и малая производительность.

Наиболее близким к предложенному является способ, при котором индентор вдавливается в испытуемый материал, непрерывно регистрируется диаграмма "нагрузка глубина отпечатка". По измеренным значениям определяют предел прочности. Затем производят увеличение нагрузки, фиксируют глубину отпечатка, фиксируют остаточную глубину отпечатка и рассчитывают деформацию [3] Недостатками известного решения являются низкая точность и большая трудоемкость.

В части устройства известен прибор для измерения твердости, представляющий собой конструкцию с рычажной системой воспроизведения нагрузки и нанесения отпечатка на образце [4] Недостатками прибора являются большой вес, габариты и невозможность проведения испытаний крупных изделий.

Сущность изобретения заключается в том, что в испытуемый материал внедряют индентор ударным способом. При этом датчик регистрирует кинематические характеристики ударного вдавливания: максимальную глубину проникновения, максимальную скорость проникновения, максимальное положительное ускорение, максимальное отрицательное ускорение.

Механические свойства материала: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость, предел выносливости, твердость определяют по зависимости, представленной в виде полинома n-й степени где a⁽_o^j), a^(j)_ik, K 1, n, j 1,6 коэффициенты полинома, определяемые экспериментально для каждого j-го механического свойства на стадии предварительных исследований,
x₁ максимальная глубина проникновения,
x₂ максимальная скорость проникновения,
x₃ максимальное положительное ускорение,
x₄ максимальное отрицательное ускорение.

Сущность изобретения заключается также в том, что переносной элемент электронный прибор, содержащий нагружающее устройство, индентор, электронно-счетную систему, дополнительно содержит датчик, состоящий из постоянных магнитов и катушки для регистрации кинематических характеристик ударного вдавливания, а в качестве нагружающего устройства содержит пружину, реализующую ударное вдавливание индентора, причем индентор выполнен в виде конуса.

На фиг. 1 дан общий вид прибора, на фиг. 2 даны схема механической части и блок-схема электронного блока.

Прибор содержит корпус 1, державку 2 с жестко закрепленным на ней индентором 3, рабочую пружину 4, кнопку 5, соединенную с бойком 6 штоком 7, гайку 8, ввинченную в корпус 1, которая служит верхней спорой рабочей пружины 4, пружину предварительного нагружения 9, датчик 10 для снятия кинематических характеристик индентора 3 в период его внедрения в материал, состоящий из постоянных магнитов и катушки, стопор 11, сменную насадку 12, позволяющую определять прочность характеристики материала деталей различной формы. Электронный блок содержит: блок обработки и нормирования сигнала I, устройство сброса II, пиковые детекторы III, функциональные преобразователи IV, коммутатор V, преобразователь VI, цифровой индикатор VII.

Способ осуществляется следующим образом.

При вдавливании конического индентора материал, который можно охарактеризовать набором механических свойств /пределы текучести и прочности, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость, предел выносливости, предел трещиностойкости и др./, испытывает упругоэластическую деформацию и разрушение, что в конечном счете определяется вышеупомянутыми свойствами. Таким образом, кинематические характеристики индентора при вдавливании X_i, i 1,4 зависят от механических свойств материала, и, следовательно, по известным значениям X_i, i 1,4 можно определить механические свойства материала: H, j 1, 7 В общем случае зависимость между H_j и X_i может быть представлена функцией
H_j f_j(X1,...,X4)
где f_j функция, зависящая от условий вдавливания.

Данную зависимость можно представить в виде полинома n-й степени

Устройство работает следующим образом.

Соединяют электрическую цепь: механическую часть электропроводами соединяют с электронным блоком, электронный блок с электросетью. В зависимости от поверхности испытуемой детали устанавливают соответствующую насадку 12 и взводят ударный механизм с помощью кнопки 5, который фиксируется стопором 11, после чего механическую часть устанавливают на испытуемую деталь и прижимают к ней, при этом под действием пружины 9 выбираются зазоры и индентор плотно прилегает к испытуемой поверхности, затем нажимают на кнопку "сброс". Устройство готово к проведению замера. Нажимают на кнопку 5, при этом стопор 11 освобождает шток 7, и пружина 4, разжимаясь, приводит в движение боек 6, который ударяется по державке 2, отдавая энергию пружины 4. Под действием удара индентор 3 внедряется в поверхность испытуемой детали, датчик 10 регистрирует параметры процесса внедрения индентора и передает сигналы в электронный блок, где они обрабатываются, и на цифровом табло высвечивается значение механического свойства, соответствующее нажатой клавише. Если необходимо знать другое или все механические свойства данной детали, не нужно делать новый замер, достаточно нажать клавишу требуемого механического свойства или последовательно /в любом порядке/ нажимать клавиши, и на световом инденторе будут высвечиваться значения механических свойств, соответствующих нажатой клавише.

Формула изобретения

1. Способ определения механических характеристик материалов, включающий внедрение индентора в испытуемый материал, отличающийся тем, что датчиком регистрируются кинематические характеристики ударного вдавливания: максимальную глубину проникновения, максимальную скорость проникновения, максимальное положительное ускорение, максимальное отрицательное ускорение и определяются механические свойства: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость, предел выносливости, твердость по зависимости, представленной в виде полинома n-й степени
коэффициенты полинома, определяемые экспериментально для каждого j-го механического свойства на стадии предварительных исследований;
X₁ максимальная глубина проникновения;
X₂ максимальная скорость проникновения;
X₃ максимальное положительное ускорение;
X₄ максимальное отрицательное ускорение.

2. Устройство для определения механических характеристик материалов содержащее нагружающее устройство, индентор, электронно-счетную систему, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик, состоящий из постоянных магнитов, и катушки для регистрации кинематических характеристик ударного вдавливания, а в качестве нагружающего устройства пружину, реализующую ударное вдавливание индентора, причем индентор выполнен в виде конуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2