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"Appareil pour mesurer la dureté des matériaux".
La présente invention se rapporte à un appareil destiné à mesurer la dureté des matériaux ; appareil permet de déterminer rapidement la dureté des matériaux et avec une précision suffisante pour les besoins de la pra- tique courant. Le nouvel appareil convient donc, par exemple, comme instrument de contrôle à utiliser dans des maisons de commerce pour le fer, l'acier, les tôles, etc.., dans les ateliers, installations de trempe, et particuliè- rement pour des travaux d'emboutissage et d'estampage, où l'on traite des débris et rognures de tôles de différentes @
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sortes,
matières qu'on doit vérifier de temps en temps en déterminant la dureté du métal avec une précision approchée en vue de l'aptitude de ces matières aux procédés de mani- pulation à envisager.
Le nouvel instrument de mesure est fondé sur le principe du système "à pression exercée par une bille" ; mesure donc la pénétration effectuée par un organe de pres- sion (ou pointe) placé sous l'objet à examiner et pénétrant dans la matière, l'empreinte étant de grandeur différente suivant le degré de dureté de ladite matière soumise à l'es- sai. Au cours de la mesure de dureté, la pièce soumise à l'essai (ou éprouvette) est amenée en suivant toujours le même trajet, contre l'organe de pression qui est soumis à l'action d'un ressort transmettant la charge et dont le mou- vement longitudinal est limité, de telle manière que le res- sort soit toujours tendu pour donner une charge d'épreuve pratiquement égale.
On mesure, d'une manière appropriée, l'empreinte produite par l'organe de pression pénétrant dans la matière, empreinte dont la grandeur varie suivant la dureté et qui, convertie en coefficients de dureté, peut être lue immédiatement sur une échelle avec une précision suffisante pour la pratique courante.
En raison de la pénétration de l'organe de pres- sion dans la matière, pénétration qui peut avoir une valeur différente, le ressort subit une très légère détente ; de cette manière, la charge d'épreuve, qui se règle automatique- ment par l'application de l'éprouvette sur l'organe de pres- sion, est toujours légèrement inférieure à celle qui se pro- duit avec ressort complètement tendu, cas qui se produirait pour des matières d'une dureté infinie; cependant, les cau- ses d'erreurs provenant de la compression maximum supposée du ressort sont si petites qu'elles peuvent être négligées pour la détermination de dureté que la présente invention a pour but de réaliser avec une.-exactitude approchée.
On considère donc uniquement les variations linéaires de la course du res-
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sort transmettant la charge ; variations, commandées par les modifications du degré de dureté, sont proportionnelles à la différence de dureté de la matière et sont mesurées ins- tantanément avec des instruments de mesure appropriés, par exemple à l'aide d'une vis micrométrique, pour déterminer le coefficient de dureté.
On voit sur le dessin annexé la forme d'exécution d'un appareil conforme à la présente inv ention.
La figure 1 est une vue frontale;
La figure 2 est une vue latérale, partiellement coupée ;
La figure 3 est une vue en plan du disque-cadran sur lequel s'effectuent les lectures.
L'appareil de mesure représenté sur le dessin com- porte un cadre ou support 1, le plus souvent en forme de C, muni d'une poignée 2. Dans une branche du cadre 1 ,se trouve ne vis de réglage 3 que l'on peut faire tourner à l'aide d'un volant strié 4. L'extrémité de la vis 3 s'étendant entre les deux branches du cadre 1 contient un support 6 pour éprouvette reposant sur une bille b ou sur une pièce analogue ; l'éprou- vette P peut être posée sur le support 6 (ou crapaudine).
Dans l'autre branche du cadre 1 est fixée une en- veloppe 7 sur le même axe que la vis 3. Dans cette enveloppe est disposée une,,tige 8 pouvant effectuer un mouvement de va- et-vient; à son extrémité située en face de la vis de pression 3, la tige 8 comporte l'organe de pression 9, organe constitué par exemple par une tige en acier dur: dont l'extrémité est de forme conique ou sphérique . L'organe de pression 9 est guidé par un manchon 10 en matière ayant une très grande ré- sistance à l'usure, par exemple en acier dur ; surface fron- tale extérieure dudit manchon s'étend exactement sur la même verticale que l'axe commun aux pièces 3 et 8.
La tige 8 est soumise à l'action d'un ressort 11 transmettant la charge, par exemple d'un ressort à boudin, qui est préalablement ten- du et dont une extrémité s'appuie contre une butée 19 de cette @
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tige 8. L'autre extrémité s'appuie contre un chapeau supérieur de culasse 12 vissé fermement sur l'enveloppe 7 et pouvant être utilisé pour le réglage précis de la tension du ressort, Le ressort 11 tend à déplacer la tige 8 vers la vis 3; ce mouvement est limité par l'arrêt de la butée 19 à un épaule- ment du trou d'alésage de l'enveloppe. Par contre, si la tige 8 s'est déplacée vers le chapeau de culasse 12 assez loin pour que le pointe de l'organe de pression 9 se trouve dans le plan de la surface antérieure du manchon de guidage 10, le ressort est comprimé à la charge maximum d'épreuve.
L'extrémité supérieure de la tige b est munie d'un filetage fin 13 sur lequel est vissé un manchon 15 dont est solidaire une aiguille 14. A l'extrémité¯de la tige 8 se trou- ve un chapeau 16 ; cette manière, le manchon 15 peut être vissé entre ce chapeau et la paroi supérieure du chapeau de culasse 12, paroi formant cadran. L'aiguille 14 comporte un biseau 17 et se déplace sur une échelle graduée 18 (voir figu- re 3), échelle conespondant à la dureté des matériaux à uti- liser.
Au cours du montage du nouvel appareil de mesure de dureté des matériaux, pour établir correctement l'échelle graduée 18, on utilise une éprouvette dont le degré de dure- té a été exactement déterminé au laboratoire. On comprime en- suite cette éprouvette entre l'organe de pression 9 et la cra- paudine 6 pour comprimer le ressort 11, puis on visse le cha- pea,u de culasse 12 sur l'enveloppe 7 jusqu'à ce que, pendant qu'on le visse vers le bas, en se servant du filetage de me- sure 13, la pointe 17 de l'aiguille repose exactement sur le trait d'étalonnage de l'échelle 18 (sur la surface exté- rieure du disque du chapeau 12), trait correspondant à la dureté de matière mesurée au laboratoire.
Suivant que les ma- tériaux mesurés ultérieurement avec l'appareil ont un plus fort ou plus faible coefficient de dureté, la pointe de l'ai- guille se met à droite ou à gauche de ce trait d'étalonnage et elle se fixe sur l'échelle de telle manière qu'une fois @
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arrivée à une position correspondant au degré de dureté ob- tenu, la pointe ne puisse plus continuer son mouvement de rotation.
Si, on a ainsi préalablement étalonné les dévia- tions prévues du manchon d'aiguille 15 et l'échelle graduée 18 en utilisant des éprouvettes composées de matière dont le degré de dureté avait été déterminé exactement et si on a établi exactement les coefficients de dureté correspondant à ces graduations, on peut déterminer la dureté d'une éprou- vette quelconque de la manière suivante : on serre l'éprouvet- te, au moyen de la vis 3, jusqu'à ce qu'elle s'applique conte le manchon 10 et on visse le manchon 15 vers l'échelle 18 jus- qu'à ce que ledit manchon 15 repose sur la pièce 12, laquelle empêchera la continuation du mouvement de rotation du manchon; la pointe de l'aiguille se fixera sur l'échelle à une position déterminée.
Cette position,à laquelle l'aiguille est parvenue sur l'échelle, permet ensuite de déduire directement le de - gré de dureté mesuré et cela avec une précision entièrement suffisante pour les conditions normales rencontrées en prati- que.
Après qu'on a effectué la lecture et )après qu'on a retiré l'éprouvette, pour que le ressort se détende de nou- veau et pour que l'organe de pression 9 puisse se déplacer en avant, il est nécessaire qu'après chaque mesure le manchon 15 soit revissé suffisamment vers le chapeau de butée 16. En choisissant convenablement le pas du filetage 13@ on obtient, par suite de la différence des empreintes effectuées dans 1! éprouvette, des différences suffisamment grandes des dévia- tions angulaires nécessaires de la pointe de l'aiguille sur l'échelle pour qu'on puisse se passer de dispositions spécia- les pour agrandir la profondeur d'empreinte jusqu' à une va- leur mesurable et lisible.
Il reste entendu que, conformément à l'esprit de la présente invention, Les déviations dues à la compression du ressort, déviations correspondant directement aux différents;degrés de dureté peuvent être également éter- minées à l'aide d'autres moyens que ceux qui sont représentés
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sur le dessin et qui sont décrits plus haut.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil de mesure de dureté des matériaux où les emprein- tes de l'organe de pression (ou pointe) pénétrant dans la ma- tière et provoquées par la charge d'épreuve sont indiquées par une aiguille dont la déviation, visible sur une échelle étalonnée,en degrés de dureté, correspond à la profondeur de l'empreinte, appareil caractérisé par le fait qu'une tige, déplaçable dans le sens axial, tige qui porte l'éprouvette, est repoussée dans un manchon-butée de guidage fixe par une pression exercée sur l'éprouvette, ce qui met sous tension un ressort qui balise la charge d'épreuve et qu'on mesure direc- tement l'écart (dû à la pénétration de l'organe de pression, ou pointe de ladite tige, dans ladite éprouvette) entre le déplacement maximum de la tige et celui qui correspond à la profondeur de l'empreinte.
2.- Appareil de mesure de dureté des matériaux comme spécifié sous 1), cafactérisé par le fait qu' une extrémité de la tige et sous l'effet de l'organe de pression, cette tige est guidée à l'intérieur d'un manchon de guidage dont la surface frontale, adjacente à la crapaudine que l'on peut visser, s'étend vertica- lement suivant le sens de la poussée et constitue une surface de butée pour l'éprouvette.
3. - Appareil de mesure de dureté des matériaux comme spécifié sous 1) et 2), caractérisé par le fait que, sur l'extrémité de la tige située du c8té opposé à l'organe de pression, ex- trémité munie d'un filetage dont le pas est petit, on a dispo- sé un manchon portant une aiguille que l'on peut visser àla main et dont l'aiguille se déplace sur l'échelle graduée d'un cadran, échelle indiquant le degré de dureté.
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"Apparatus for measuring the hardness of materials".
The present invention relates to an apparatus for measuring the hardness of materials; The apparatus enables the hardness of materials to be determined quickly and with sufficient precision for the needs of current practice. The new device is therefore suitable, for example, as a control instrument to be used in trading houses for iron, steel, sheet metal, etc., in workshops, quenching installations, and particularly for work. stamping and stamping, where we treat debris and metal clippings of different @
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kinds,
Materials which should be checked from time to time by determining the hardness of the metal with approximate accuracy in view of the suitability of these materials for the handling processes to be considered.
The new measuring instrument is based on the principle of the "pressure exerted by a ball" system; therefore measures the penetration effected by a pressure member (or point) placed under the object to be examined and penetrating into the material, the imprint being of different size depending on the degree of hardness of said material subjected to the test. sai. During the hardness measurement, the part subjected to the test (or test piece) is brought, always following the same path, against the pressure member which is subjected to the action of a spring transmitting the load and whose longitudinal movement is limited, so that the spring is always tensioned to give a practically equal proof load.
The imprint produced by the pressure member penetrating into the material is measured in a suitable manner, an imprint the size of which varies according to the hardness and which, converted into hardness coefficients, can be read immediately on a scale with a sufficient precision for current practice.
Due to the penetration of the pressure member into the material, which penetration may have a different value, the spring undergoes a very slight relaxation; in this way, the test load, which is automatically adjusted by the application of the test piece to the pressure member, is always slightly less than that which occurs with a fully tensioned spring, case which would occur for matters of infinite hardness; however, the causes of errors from the assumed maximum compression of the spring are so small that they can be neglected for the hardness determination which the present invention aims to achieve with approximate accuracy.
We therefore consider only the linear variations of the stroke of the res-
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spell transmitting the charge; variations, controlled by changes in the degree of hardness, are proportional to the difference in hardness of the material and are measured instantaneously with suitable measuring instruments, for example using a micrometer screw, to determine the coefficient of hardness.
The accompanying drawing shows the embodiment of an apparatus according to the present invention.
Figure 1 is a front view;
Figure 2 is a side view, partially cut away;
FIG. 3 is a plan view of the dial disc on which the readings are taken.
The measuring apparatus shown in the drawing comprises a frame or support 1, usually C-shaped, provided with a handle 2. In one branch of the frame 1, there is only an adjusting screw 3 it is possible to rotate using a serrated handwheel 4. The end of the screw 3 extending between the two branches of the frame 1 contains a support 6 for a test piece resting on a ball b or on a similar part; the test piece P can be placed on the support 6 (or crapaudine).
In the other branch of the frame 1 is fixed a casing 7 on the same axis as the screw 3. In this casing is placed a rod 8 able to perform a reciprocating movement; at its end located opposite the pressure screw 3, the rod 8 comprises the pressure member 9, a member consisting for example of a hard steel rod: the end of which is conical or spherical. The pressure member 9 is guided by a sleeve 10 made of material having a very high resistance to wear, for example hard steel; outer front surface of said sleeve extends exactly on the same vertical as the axis common to parts 3 and 8.
The rod 8 is subjected to the action of a spring 11 transmitting the load, for example of a coil spring, which is tensioned beforehand and one end of which bears against a stop 19 of this @.
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rod 8. The other end rests against an upper cylinder head cap 12 screwed firmly on the casing 7 and can be used for the precise adjustment of the spring tension, The spring 11 tends to move the rod 8 towards the screw 3; this movement is limited by stopping the stop 19 at a shoulder of the bore hole of the casing. On the other hand, if the rod 8 has moved towards the cylinder head cap 12 far enough so that the tip of the pressure member 9 is in the plane of the anterior surface of the guide sleeve 10, the spring is compressed to the maximum test load.
The upper end of the rod b is provided with a fine thread 13 onto which is screwed a sleeve 15 of which a needle 14 is integral. At the end ¯ of the rod 8 there is a cap 16; in this way, the sleeve 15 can be screwed between this cap and the upper wall of the cylinder head cap 12, wall forming a dial. The needle 14 has a bevel 17 and moves on a graduated scale 18 (see FIG. 3), a scale corresponding to the hardness of the materials to be used.
During the assembly of the new material hardness meter, in order to correctly establish the graduated scale 18, a test piece is used, the degree of hardness of which has been precisely determined in the laboratory. This test piece is then compressed between the pressure member 9 and the cracker 6 to compress the spring 11, then the cylinder head cap 12 is screwed onto the casing 7 until, during screw downwards, using the measuring thread 13, the point 17 of the needle rests exactly on the calibration line of scale 18 (on the outer surface of the cap 12), line corresponding to the hardness of material measured in the laboratory.
Depending on whether the materials subsequently measured with the apparatus have a higher or lower coefficient of hardness, the tip of the needle is placed to the right or to the left of this calibration line and it is fixed on the 'scale in such a way that once @
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when it reaches a position corresponding to the degree of hardness obtained, the point can no longer continue its rotational movement.
If the planned deviations of the needle sleeve 15 and the graduated scale 18 have thus been previously calibrated using test pieces made of material whose degree of hardness has been determined exactly and if the hardness coefficients have been established exactly corresponding to these graduations, the hardness of any test piece can be determined as follows: the test piece is tightened by means of the screw 3 until it is applied against the sleeve 10 and the sleeve 15 is screwed towards the scale 18 until said sleeve 15 rests on the part 12, which will prevent the continuation of the rotational movement of the sleeve; the point of the needle will be fixed on the scale at a determined position.
This position, which the needle has reached on the scale, then makes it possible to deduce directly the degree of hardness measured and that with a precision entirely sufficient for the normal conditions encountered in practice.
After the reading has been taken and after the specimen has been withdrawn, in order for the spring to relax again and for the pressure member 9 to be able to move forward, it is necessary that after each measurement the sleeve 15 is screwed back sufficiently towards the stopper cap 16. By suitably choosing the pitch of the thread 13 @ one obtains, as a result of the difference in the impressions made in 1! specimen, sufficiently large differences in the necessary angular deviations of the needle tip on the scale to dispense with special arrangements for enlarging the indentation depth to a measurable value and readable.
It will be understood that, in accordance with the spirit of the present invention, the deviations due to the compression of the spring, deviations corresponding directly to the different degrees of hardness can also be determined using means other than those which are represented
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on the drawing and which are described above.
CLAIMS.
1.- Device for measuring the hardness of materials where the indentations of the pressure organ (or point) penetrating into the material and caused by the test load are indicated by a needle whose deviation, visible on a calibrated scale, in degrees of hardness, corresponds to the depth of the indentation, apparatus characterized by the fact that a rod, movable in the axial direction, rod which carries the test piece, is pushed back into a guide stop sleeve fixed by a pressure exerted on the specimen, which puts under tension a spring which marks the test load and that one measures the deviation directly (due to the penetration of the pressure member, or point of said rod, in said specimen) between the maximum displacement of the rod and that which corresponds to the depth of the indentation.
2.- Device for measuring the hardness of materials as specified under 1), characterized by the fact that one end of the rod and under the effect of the pressure member, this rod is guided inside a guide sleeve, the front surface of which, adjacent to the screw cap, extends vertically in the direction of the thrust and constitutes a stop surface for the test piece.
3. - Device for measuring the hardness of materials as specified under 1) and 2), characterized in that, on the end of the rod located on the side opposite to the pressure member, the end provided with a thread with a small pitch, a sleeve has been provided with a needle which can be screwed on by hand and the needle of which moves on the graduated scale of a dial, a scale indicating the degree of hardness.
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