ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Установка для исследования микротвердости материалов из "Механические испытания материалов при высоких температурах " Установка выполнена в виде прибора для испытания и пульта управления. Прибор состоит из некоторых взаимосвязанных узлов рабочей камеры, механизма перемещения образца, механизма нагружения, системы нагревателя, системы привода, оптической системы прибора и др. [c.65] Для защиты от окисления испытываемого образца и нагревателя исследования материалов на приборе проводятся в вакууме 1,3 10- Па и инертной среде с избыточным давлением (1,96—2,94) 10 Па, создаваемым в рабочей камере /, которая для удобства в работе выполнена разборной и состоит из основания 2, корпуса 3 и крышки 4. На основании монтируются основные узлы прибора, и через патрубок в нем камера связана с вакуумной системой. В крышке камеры предусмотрено смотровое окно с кварцевым стеклом, через которое ведется наблюдение за структурой образца и измерение его температуры оптическим пирометром. Здесь же крепится шторка для защиты стекла от выпадения конденсата. Корпус, крышка, основание интенсивно охлаждаются проточной водой, подаваемой в специальные карманы, приваренные в местах нагрева. Рабочая камера установлена на амортизирующей подушке, что уменьшает влияние вибрации и толчков. [c.65] Образец 5 помещен на сменном столике 5, который крепится на штоке, выведенном через вакуумное уплотнение за пределы камеры. Через полость в столике к основанию образца подводится термопара. Для контроля температуры образца в интервале 300—2300 К применяются платино-родий-платиновая ПП и вольфрамрений-вольфрамрениевая ВР5/20 термопары. Термопара для изоляции помещается в алундовые трубки. Электрический сигнал с термопары поступает на контрольный переносной потенциометр типа ПП-63 (класс 0,05). [c.65] Для правильной установки образца относительно инден-тора и нанесения на образце серии отпечатков столик вместе с образцом можно перемещать вверх — вниз и поворачивать вокруг оси с помощью штока 7 с маховиком 8. На штоке и основании камеры крепятся соответствующие детали делительной головки 9 с нониусной шкалой, с помощью которой фиксируется угол поворота штока. [c.65] Для проведения разносторонних исследований и получения сведений о свойствах материалов механизм нагружения должен позволять изменять нагрузку в процессе испытания. Таковы основные соображения, положенные в основу конструкции этого узла. [c.66] Механизм нагружения выполнен в виде двухстепенного подвеса 10, состоящего из наружной поворотной рамки 11, ось 12 которой выведена через вакуумное уплотнение за пределы камеры, и установленной в ее ножевых опорах 13 внутренней следящей рамки 14 с индентором 15 и грузом 16. [c.66] Индентор укреплен на вольфрамовом стержне с помощью юстировочного кольца. Перемещением его по стержню устанавливают индентор в нужное положение. Наконечник индентора изготавливается из алмаза, сапфира, карбида бора и его сплавов в зависимости от материала образца и температуры испытания и зачеканивается в молибденовой оправке. Форма индентора может быть различной и определяется характером проводимых исследований. [c.66] По хвостовику следящей рамки перемещаются балансировочные грузики для грубой 17 и тонкой /5 регулировки. Здесь же фиксируется сердечник 19 постоянного магнита, катушка 20 которого устанавливается на наружной рамке. Ножевые опоры, в которых поворачивается внутренняя рамка, выполнены из стали У9А и агата (соответственно ножи и подушки) и при достаточно качественном выполнении дают ничтожный момент трения. На хвостовике крепится упругий элемент 21, состоящий из упругих пластин определенной жесткости, через который внутренняя следящая рамка связана со штоком 22, перемещающимся от электропривода 23 вверх — вниз. [c.66] Таким образом, конструкция следящей рамки имеет достаточную жесткость, чтобы противостоять термическим напряжениям и вибрациям, а упругий элемент, аккумулируя энергию движущихся масс, обеспечивает плавное приложение нагрузки от нуля до заданной величины. Нагрузка на индентор определяется набором разновесов, устанавливаемых в подвеске для грузов 24, которая закреплена на стержне внутренней рамки. Для установки величин нагрузки проводится соответствующая тарировка с помощью аналитических весов. [c.67] Как указывалось выше, внутренняя следящая рамка связана со штоком, который препятствует ее повороту в ножевых опорах под действием грузов, установленных на подвесе. При движении штока вверх рамка под действием грузов поворачивается, следуя за перемещением штока до тех пор, пока индентор не соприкоснется с поверхностью испытуемого образца. Таким образом, осуществляется внедрение индентора в выбранную зону на образце. При движении штока вниз происходит снятие нагрузки с образца. Наружная рамка установлена в подшипниках и может поворачиваться вокруг оси I—I. Вместе с ней при этом перемещается и внутренняя рамка е индентором. Для регулировки положения индентора по высоте ножевые опоры могут перемещаться вдоль оси наружной рамки. [c.67] В процессе эксперимента, не нарушая герметичности камеры, специальным устройством производится изменение нагрузки на инденторе. Набор разновесов устанавливается один над другим на определенном расстоянии в специальном стакане. Стакан крепится на кронштейне, который жестко посажен на шток. Шток вместе со всей системой поворачивается вокруг оси на определенный угол, устанавливаемый вилкообразным упором. При этом стакан с разновесами подводится к подвеске для грузов. Затем перемещением в вертикальном направлении на подвеску устанавливается требуемый набор грузов. Положение штока, а вместе с тем и комбинация разновесов определяются по показанию микровинтового устройства 25, которое отключает электропривод в требуемом положении. Комбинируя различные разновесы, можно устанавливать на инденторе нагрузку от 0,049 до 4,9 Н. [c.67] Нагреватель 26 имеет Q-образную форму (см. рис. 17). Зазор между нагревателем и образцом 1,5—2 мм. Температура образца и индентора поддерживается одинаковой. Материал нагревателя должен быть подобран таким образом, чтобы при температуре опыта интенсивность его испарения была минимальной. В качестве нагревателя могут быть рекомендованы вольфрам, тантал, молибден. Нагреватель укреплен специальными клинообразными зажимами в охлаждаемых медных токоподводах, которые гибкими шинами связаны с блоком силового питания установки. Для предупреждения перегрева узлов в рабочей камере и уменьшения потерь тепловой энергии нагреватель экранируется набором пластин из никеля и молибдена. [c.68] Плавное нагружение с нужной скоростью обеспечивается в приборе электроприводом. Шток, который управляет движением внутренней следящей рамки, соединен с рычажной системой 27. Последняя связана с поступательно перемещающейся от электродвигателя через редуктор с винтовой парой вилкой 28. Изменением числа оборотов двигателя и плеч рычажной системы с помощью винтового устройства 29 достигается широкий диапазон регулирования скорости нагружения 0,0002—0,02 м/с, что необходимо при исследовании широкого класса материалов с различными свойствами. Нужная величина перемещения штока устанавливается путем регулирования микрометрического устройства 25, установленного на кронштейне прибора и воздействующего на микровыключатели, укрепленные на рычажной системе и связанные электрически с системой питания двигателя. [c.68] Комплексное исследование материалов в микрообъемах предполагает также наряду с определением микротвердости изучение его структуры при температуре испытания. Кроме того, исходя из разделения на агрегатную и монокристал-лическую твердость, характеризующие различные свойства материалов и определяемые методом микротвердости, необходимо прицельное внедрение индентора в выбранную зону под микроскопом. При определении монокристалли-ческой твердости отпечаток согласно методике эксперимента должен не выходить за пределы исследуемого микрообъекта, а при определении агрегатной твердости — охватывать определенное количество структурных составляющих материала. При исследовании неоднородных материалов необходим выбор зоны внедрения. [c.69] Кроме того, в процессе эксперимента может возникнуть необходимость измерения отпечатков непосредственно при температуре опыта. Для выполнения перечисленных задач оптическая система в приборе выполнена следующим образом. Станина оптической системы 30 посажена на выведенную из камеры ось наружной рамки и поворачивается вместе с ней вокруг оси /—I. Тубус с оптикой размещается над смотровым окном в крышке камеры. Для наблюдения за объектом исследования применяется микроскоп МВТ с длинофокусным объективом типа МИМ-13-С0 с рабочим расстоянием 59,5 мм. [c.69] Фотографирование структуры производится с помощью микрофотонасадки МФН-1 Максимальное увеличение оптической системы 350-кратное. Для освещения поверхности образца при высоких температурах применяются ртутные лампы типа ДРШ-100. Перемещением тубуса с помощью зубчатого устройства объектив устанавливается над образцом на требуемом рабочем расстоянии. Оптическая ось объектива и ось индентора смещены на определенный угол, что позволяет попеременно подводить объектив и индентор к исследуемому участку на поверхности образца. Путем перемещения оптической системы микровинтовым устройством 31 с нониусной шкалой в горизонтальных направляющих троектории движения осей индентора и объектива при повороте вокруг оси I—/ совмещаются. Угол поворота системы фиксируется вилкообразным регулируемым упором 32, установленным на крышке камеры. Таким образом достигается прицельное внедрение индентора в выбранную зону на поверхности образца. [c.69] Для поддержания и контроля требуемых параметров испытания в установке применяется стандартное оборудование (оптическое и вакуумное), смонтированное в общем пульте управления высокотемпературный микроскоп МВТ, вакуумный агрегат ВА-01-1, форвакуумный насос, автотрансформатор и силовой трансформатор ОСУ-20/6. [c.70] Вернуться к основной статье