Appareil pour essais de dureté.
La présente invention est relative aux appareils pour essais de dureté, c'est-à-dire des dispositifs servant à déterminer la dureté de différentes matières en fonction de leur résistance à la pénétration.
Des appareils pour essais de dureté encombrants et non portatifs, qui fonctionnent avec une très grande exactitude, sont bien connus dans la technique. Toutefois, il est souvent impossible d'amener effectivement des matériaux volumineux et lourds à un appareil d'essais de dureté non portatif; il est difficile et cela demande du temps, d'obtenir comme éprouvette un petit morceau de la matière. Tel y a longtemps que l'on désire un appareil d'essais de dureté portatif que l'on puisse amener au matériau à essayer sans avoir l'ennui de préparer des éprouvettes. On a déjà proposé des appareils portatifs d'essais de dureté, mais le problème de l'obtention de l'exactitude subsiste, car il est reconnu qu'on ne peut pas attendre une très grande exactitude de ces appareils portatifs.
En conséquence, la présente invention a principalement pour but de réaliser un appareil d'essais de dureté, portatif, fonctionnant avec une exactitude égale ou supérieure à celle des appareils d'essais de dureté encombrants et non portatifs actuellement connus.
La présente invention vise aussi la réalisation d'un appareil d'essais de dureté simple, robuste et de fabrication peu coûteuse, léger, de sorte qu'on puisse facilement le transporter et l'appliquer sur les échantillons à essayer, et qui donne directement le nombre qui exprime la dureté sans avoir recours à des appareils ou des tableaux supplémentaires.
L'appareil pour essais de dureté selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un bâti en col de cygne, un tas monté sur une extrémité de ce bâti, une broche de pénétration, montée à l'antre extrémité, de façon à être réglable longitudinalement dans cette extrémité et susceptible de déplacements obliques libres, un indicateur de charge monté à une extrémité du bâti, un bras de levier fixé sur l'autre extrémité de ce bâti et comportant une extrémité libre coopérant avec l'indicateur de charge.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation de côté.
La fig. 2 est une vue, partiellement en plan et partiellement en coupe horizontale, suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de détail en bout, en regardant suivant les flèches III-III de la fig. 1.
La fig. 4 représente le développement d'une échelle de dureté qui fait partie de l'appareil.
Les fig. 5, 6 et 7, 8 sont des vues partielles de détails représentant des éléments de pénétration interchangeables utilisables pour effectuer différents essais avec l'appareil.
La fig. 9 est une vue de côté d'une variante de l'appareil.
La fig. 10 est une vue en plan correspon- dante.
La fig. 11 est une vue en bout en regardant suivant les flèches XI-XI de la fig. 9.
La fig. 12 est une coupe transversale suivant la ligne XII-XII de la fig. 9.
La fig. 13 est une coupe verticale d'un détail.
La fig. 14 est une vue schématique montrant le fonctionnement de la broche lorsque le châssis est déformé, les déformations étant exagérément amplifiées.
Pour décrire l'objet de l'invention représenté, on a recours, pour plus de clarté, à une terminologie particulière.
I1 est toutefois bien entendu que les termes ainsi choisis ne doivent pas être considérés comme limitatifs et qu'au contraire chacun d'eux est convenu s'appliquer également à tous les équivalents techniques qui fonctionnent de façon similaire pour obtenir un résultat analogue.
Selon la forme d'exécution représentée dans les fig. 1 à 3, l'appareil comporte un bâti 10 relativement petit, en col de cygne, ou en forme d'étrier, fait d'un métal trempé doué d'une certaine flexibilité, de préférence en acier à outils trempé, présentant des bossages 11 et 12 à ses extrémités opposées.
Le bossage 1 1 est évidé de manière à former une portée pour une tige filetée 13, tandis que le bossage 12 supporte une enclume ou un tas 14 qui est en alignement axial avec cette tige 13. A la fig. 2, on voit que les filets de la tige 13 qui sont au nombre de quarante pour 25 mm dans la forme d'exécution représentée sont engagés dans l'alésage taraudé d'un prolongement 15 creux, de petit diamètre, du bossage 1 I et que cette tige porte à son extrémité extérieure un volant 16 avec un prolongement 17 axial et tubulaire du moyeu, entourant l'extrémité du prolongement précité du bossage. Le volant 16 est, de préférence, fait de matière plastique, de manière à ne pas augmenter le poids de l'appareil.
Sur le prolongement 17 du moyeu du volant 16 est monté un manchon 18, réglable angulairement et dont la surface cylindrique comporte une échelle graduée d'indication de dureté à lecture directe, comme il sera expliqué plus loin, susceptible de se déplacer devant une flèche 19 tracée sur un élément transparent fixe 20, monté sur le bossage 11 de l'étrier 10 et qui s'étend par-dessus le manchon 18. A son extrémité intérieure la tige 13 est pourvue d'un chapeau amovible 21, à extrémité conique, comme représenté en détail à la fig. 7, et qui est muni d'une bille de pénétration 22 montée et retenue dans sa pointe.
Le chapeau 21 de la broche à bille de pénétration est destiné à servir, en général, avec le tas plat 14 des fig. 1 et 2 pour essayer des éprouvettes plates, en métaux relativement doux; mais, lorsqu'on essaie des objets courbes tels que des bagues, des tubes, des pièces matricées en forme de cuvette et autres, il est plus avantageux d'utiliser, en plus, sur le tas 14, un chapeau 21' à bille de pénétration 23, comme celui représenté à la fig. 5.
Pour essayer des matières plus dures, il est prévu, d'autre part, des chapeaux de pénétration à pointe de diamant, interchangeables, tels que ceux représentés en 21' et 23' dans les fig. 6 et 8, pour la tige 13 et le tas 14, respectivement.
Sur les côtés opposés du bossage 1 1 sont fixées, par exemple par soudure, des barres 25 parallèles, dirigées obliquement vers le bas et vers l'avant et réunies par une poignée 26 permettant de tenir l'appareil dans la main gauche pendant les essais, de sorte qu'on peut se servir de la main droite pour faire tourner la tige 13 et pour effectuer d'autres réglages décrits plus loin.
Sur un côté du bossage 12 du tas est soudé ou fixé autrement en permanence un bras de levier 27 qui est fait d'une tôle d'acier trempé, relativement robuste et rigide, qui présente la forme représentée. Le bras de levier 27 s'étend vers le bas et vers l'arrière dans l'intervalle compris entre les barres 25 et sensiblement perpendiculairement à celles-ci. Comme on le voit à la fig. 3, il ne touche pas l'étrier 10, sauf dans la région de sa fixation sur le bossage 12, ni les barres 25. Sur l'extrémité libre du bras de levier 27 est monté un indicateur de charge 28 qui peut être de tout type connu; cet indicateur comporte un boîtier annulaire 29 et un cadran 30.
L'aiguille 32 (fig. 9) de l'appareil indicateur 28 est actionnée au moyen d'une transmission à roues dentées, par un doigt plongeur 33 poussé par un ressort et qui est guidé de manière à pouvoir se déplacer axialement, dans des saillies 34 et 35 formant glissière tubulaire, du boîtier 29, son extrémité conique portant latéralement contre le prolongement 15 du bossage 11, en unzpoint voisin de l'extrémité extérieure de ce dernier.
Dans la variante représentée dans les fig. 9 à 13, I'appareil d'essais de dureté comporte un bâti 10 semi-circulaire, relativement petit, fait d'une matière durcie, douée d'une flexibilité déterminée, avec des bossages 11 et 12 comme décrit précédemment et comportant également une tige ou broche de pénétration 13 qui est supportée dans un coussinet flexible 24 (fig. 13) logé et buté dans une cavité : 31 du bossage 11. Une bague de retenue amovible 17 est prévue pour maintenir en place le coussinet flexible 24. Ce dernier peut être fait en caoutchouc synthétique ou une matière similaire. On remarquera, d'après la fig. 13, que l'alésage du coussinet flexible 24 est incurvé longitudinalement, de manière à faciliter le libre déplacement oblique de la tige 13, comme on le voit à la fig. 14.
Pour empêcher la tige 13 de tourner autour de son axe, il est prévu une goupille 36 montée dans le bossage 1 1 et pénétrant dans une rainure longitudinale 37 de la surface de la tige 13. A la fig. 13, on voit que l'extrémité de droite de la broche 13 pénètre dans un alésage axial 38 de l'extrémité intérieure d'une pièce filetée 39 et qu'elle y est maintenue en place par une goupille tangentielle 40. Cette goupille est montée transversalement dans la pièce filetée 39 et s'engage dans une gorge circonférentielle 41 de la tige 13.
L'extrémité de la tige 13 engagée dans l'alésage 38 de la pièce filetée 39 porte sur une bille 42 butée dans le fond 43 de cet alésage. L'extrémité de la broche 13 est concave de manière à s'adapter à la surface sphérique de la bille 42, comme on le voit sur la fig. 13, et à coopérer par contact avec cette surface. La pièce filetée 39 se visse dans un prolongement tubulaire 15 du bossage 11.
Les filets de la pièce 39 sont, de préférence, au nombre de 40 pour 25 mm et ils sont d'un type généralement connu sous le nom de filetage micrométrique. Sur l'extrémité extérieure de la pièce filetée 39 est fixée une pièce cylindrique creuse 44 correspondant au prolongement 17 du moyeu des fig. 1 et 2 et qui est maintenue en place par une vis d'arrêt 45. Cette pièce 44 a un diamètre et une longueur suffisantes pour lui permettre de s'étendre sur une partie sensible du prolongement cylindrique 15, avec un jeu important, comme on le voit dans les fig. 10 et 13, tandis qu'un volant est monté sur l'extrémité extérieure de cette pièce 44 et maintenu rigidement à l'aide d'une vis de fixation 46.
Comme on l'a dit plus haut, le volant 16 est de préférence fait d'une ma- tière plastique, par exemple, permettant de réduire le poids de l'appareil.
Sur l'extrémité intérieure de la pièce cylindrique 44 est monté le manchon réglable en rotation 1S, convenablement maintenu en place par une vis 47 pénétrant dans une gorge circonférentielle 48, ménagée dans la pièce cylindrique 44. La surface périphérique du manchon 48 est graduée de manière à réaliser une échelle de dureté servant à indiquer la profondeur de pénétration de la broche 13, et la vis 47 est, de préférence, à tête noyée, de manière à ne pas entrer en conflit avec l'élément transparent ou index 20 qui porte une ligne 49 servant de repère (fig. 9).
Cet index 20 est fixé au bossage 1 1 au moyen de vis 50, de telle sorte que la ligne de repère 49 coopère avec l'échelle de dureté 51 du collier 18,
L'échelle de dureté 51 du manchon de la broche comporte quatre divisions ou bandes, comme cela est représenté à la fig. 4, désignées respectivement par B1, C1, C2,
B2, avec des graduations le long des bords opposés, communes respectivement aux divisions B1 et Cl et B2 et C2, mais portant des numéros différents. La division ou bande B1 donne les lectures lorsqu'on utilise les dispositifs de pénétration à bille 22 sur la broche 13 (fig. 7) seulement. La division B2 est utilisée lorsqu'on se sert des pénétrateurs à bille à la fois sur la broche 13 et le tas 14 (fig. 5).
La division C1 sert lorsqu'on utilise une pointe de diamant 23' sur la broche 13 (fig. 8) seulement, et la graduation C2 lorsqu'on utilise les pointes de diamant 21' et 23' à la fois sur la broche 13 et sur le tas 14 (fig. 8 et 6 respectivement). La graduation de dureté 51 est, de préférence mais non nécessairement, déterminée de manière à indiquer la profondeur de pénétration suivant des unités de 0,020 mm, généralement utilisées dans cette technique.
Ainsi, avec une broche 13 comportant 40 fflets pour 25 mm, donc avec un pas de 0,625 mm, le manchon 18 dans les bandes B1 et Cl est gradué en degrés espacés d'une distance égale à
0,6'5 X 10 0,020X2 soit un cent cinquante-sixième (1/,,,) environ de la circonférence dudit manchon, chaque division représentant ainsi deux nombres de dureté, tandis que les bandes B2 et C2 comportent un nombre moitié d'intervalles, chacun d'eux représentant quatre nombres de dureté, pour des lectures à double pénétration. Les bandes B1, C1 et B2, C2 sont en outre, numérotées respectivement à intervalles appropriés pour faciliter les lectures.
D'autre part, l'indicateur de charge 28 est gradué en numéros désignant respectivement le point zéro et les points 100 et 150 kg.
Il porte aussi la lettre I désignant le point
10 kg.
On voit, à la fig. 13, que la broche 13 est montée de manière à pouvoir se déplacer obliquement comme indiqué schématiquement et avec exagération à la fig. 14. On doit noter tout particulièrement que ce déplacement oblique libre de la broche 13 est d'importance primordiale dans le fonctionnement de l'invention. En d'autres termes, il est d'importance fondamentale que l'extrémité de gauche du bâti 10 (fig. 14) se déplace librement, selon la déformation du bâti 10, sous l'action de la pression d'essai et que ce déplacement soit transmis à l'indicateur de charge 28 par le bras de levier 57 (fig. 13).
L'extrémité intérieure de la broche 13 est munie d'un chapeau de pénétration conique amovible, tel que 21 ou 21', du même type général que précédemment décrit.
Lorsqu'on procède à un essai, par exemple sur une éprouvette plate telle que S, montrée dans les fig. 1 et 2, en un métal relativement doux, on serre l'appareil sur cette éprouvette comme représenté, et l'on fait tourner la broche 13 jusqu'à ce que l'aiguille 32 de l'indicateur de charge 28 vienne sur la graduation I par la flexion imprimée à l'étrier 10, de sorte qu'une charge initiale de 10 kg est appliquée par la bille 22 sur la broche 13 pour effectuer une pénétration superficielle dans la pièce d'essai. On amène alors au O le manchon 18 de l'indicateur de dureté et on serre davantage la broche 13 avec une nouvelle flexion de l'étrier 10, jusqu'à ce que l'indication de l'indicateur de charge 28 soit par exemple de 100.
Finalement, on desserre la broche 13 jusqu'à ce que l'indicateur de charge 28 revienne en I où la lecture de la division B1 de la graduation de dureté 51 indique le degré de dureté de l'éprouvette S.
Dans les cas où il est souhaitable ou avantageux d'utiliser le chapeau à bille 23 de la fig. 5 sur le tas 14 avec le dispositif de pénétration à bille 21 sur la broche 13, l'essai est fait en procédant de la même façon que précédemment, mais en utilisant la bande
B2 de la graduation de dureté.
Comme on l'a dit plus haut, pour des essais de matériaux plus durs, avec le dispositif de pénétration à pointe de diamant 21' de la fig. 8 sur la broche 13, en coopération avec le tas plan 14, la bande Cl de la graduation de dureté 51 donne le nombre de la dureté, tandis que, lorsqu'on utilise la pointe de diamant 23' de la fig. 6 sur le tas, avec la pointe de diamant sur la broche, la lecture de dureté se fait sur la bande C2 de l'échelle de dureté. Dans ces deux derniers cas, la manceuvre de l'instrument est la même que précédemment.
Etant donné que, dans tous les cas, la charge est appliquée par flexion de l'étrier 10, il est possible d'obtenir une mesure exacte de la profondeur de la pénétration sur des éprouvettes planes par lecture de la graduation de dureté, lorsque l'indicateur de charge est sur la marque de 100 ou 150 kg, sans ramener l'aiguille 32 de l'indicateur de charge 28 en face de la lettre I des 10 kg, mais ceci nécessite une nouvelle marque zéro sur la graduation de dureté, de façon à compenser la déformation de l'étrier 10 entre des charges correspondant à la lettre I et à l'une des marques 100 ou 150 kg sur l'indicateur de charge 28, ainsi qu'un point zéro pour la charge de 100 kg différent de celui adopté pour la charge de 150 kg, comme on le voit à la fig. 4.
En se reportant de nouveau aux fig. 9 à 13, on voit qu'un tas réglable 52 se visse dans le bossage 12 du châssis 10. Le bossage 12 est fendu sur le dessus, de manière à ménager une ouverture avec des oreilles 53 de chaque côté de celle-ci, ces oreilles étant perforées pour le passage d'une vis 54 munie d'un écrou 55, et servant à serrer le bossage 12 suivant le réglage désiré. De cette façon, le tas réglable 52 peut être serré énergiquement en place lorsque le réglage nécessaire a été obtenu. Une poignée-papillon 56 est prévue à l'extrémité extérieure du tas 52 pour faire tourner celui-ci.
Après avoir placé une éprouvette d'essai
S entre le tas 52 et le chapeau 21 (fig. 9 et 10), avec la barre 26 dirigée vers le bas et vers l'avant, on peut tenir l'appareil dans la main gauche pendant qu'on fait l'essai, de sorte que la main droite peut servir à faire les réglages nécessaires pour l'opération. Sur le bâti 10, au voisinage du bossage 12, est fixé, en permanence ou autrement, le bras de levier 57 qui, dans cette forme d'exécution, est en tôle trempée, robuste et relativement rigide, de préférence selon le contour représenté. I1 est important que ce bras de levier 57 soit aussi léger que possible étant donné que sa simple et unique fonction est d'actionner l'indicateur de charge 28.
On remarquera également, d'après la fig. 11, que le bras de levier 57 est à une certaine distance du bâti 10, de sorte que le seul contact entre ce bras de levier et le bâti 10 se trouve à l'endroit où il est fixé, au voisinage du bossage 12. L'extrémité libre 5s du bras de levier 57 est en contact avec le plongeur 33 de l'indicateur de charge 28. Lorsque l'étrier 10 se déforme comme montré schématiquement à la fig. 14, l'extrémité libre 5s du bras de levier 57 se soulève, ce qui permet au doigt plongeur 33, poussé par un ressort, de se soulever, en provoquant le fonctionnement de l'indicateur de charge s, comme on l'a dit plus haut.
Comme on l'a dit également, cet indicateur 28 comporte un boîtier cylindrique 29 et un cadran 30. L'aiguille 32 de l'indicateur 28 est actionnée par une transmission classique à engrenages, à partir du doigt plongeur 33, poussé par ressort, et qui est guidé de façon à se déplacer axialement dans les glissières tubulaires 34 et 35 avec son extrémité pointue portant contre le prolongement ou extrémité libre 58 du bras de levier 57, comme on l'a dit plus haut. Pour permettre un réglage par rotation, l'indicateur de charge 28 est monté sur le bâti 10 à l'aide d'une tige filetée ou prisonnier 59 porté par l'arrière du boîtier 29 et traversant le bâti 10. Des écrous de blocage ordinaires 60 sont vissés sur la tige 59.
On a représenté à la fig. 14, par les lignes en pointillé, un réglage particulier obtenu en faisant tourner l'indicateur de charge -S vers la gauche.
Lorsqu'on fait un essai avec la variante décrite sur une éprouvette plate 55, comme il est dit plus haut, l'appareil est serre sur cet échantillon, comme on le voit dans les fig. 9 et 10, et on tourne la broche 13 jusqu'à ce que l'aiguille 32 de l'indicateur de charge 28 vienne sur la graduation I avec la flexion qui en résulte pour l'étrier ou bâti 10. Une charge initiale de 10 kg est alors appliquée par le chapeau de pénétration 21 sur la broche 13 pour une pénétration superficielle dans l'éprouvette S. Cette pénétration superficelle préliminaire est importante pour éviter une erreur pouvant résulter des irrégularités de surface de l'éprouvette.
On met alors au 0 le manchon 18 de l'indicateur de dureté et on serre davantage la broche 13 avec nouvelle flexion de l'étrier 10, jusqu'à ce que l'indicateur de charge 28 donne, par exemple, 100. Finalement, on desserre la broche 13 jusqu'à ce que l'indicateur de charge 28 revienne en I, ce qui indique une pression de 10 kg et la lecture sur l'échelle de dureté indique le nombre de dureté de l'éprouvette S.
D'une manière générale, et en résumé, l'appareil selon l'invention procure une grande exactitude qui résulte de la possibilité pour la broche 13 de prendre librement une certaine obliquité, ce qui permet à l'étrier 10 de se déformer ou de s'infléchir temporairement sous l'action de la pression d'essai sans la contrainte qui résulterait autrement des réactions de flexion d'une broche 13 montée rigidement. Etant donné que le bras de levier 27 ou 57 est léger, l'effet de la pesanteur sur le fonctionnement de ce bras est fortement réduit, ce qui permet d'utiliser l'indicateur de dureté en position retournée sans diminuer l'exactitude. Avec un tas réglable 52, on réduit la longueur du filetage micrométrique coûteux nécessaire avec la broche de pénétration réglable 13.
Device for hardness testing.
The present invention relates to apparatus for hardness testing, that is to say devices for determining the hardness of different materials as a function of their resistance to penetration.
Bulky, non-portable hardness testing devices which operate with very high accuracy are well known in the art. However, it is often not possible to effectively feed large and heavy materials to a non-portable hardness testing apparatus; it is difficult and it takes time to obtain a small piece of matter as a test tube. There has long been a desire for a portable hardness testing apparatus that can be brought to the material to be tested without the hassle of preparing test pieces. Portable hardness testing devices have already been proposed, but the problem of obtaining accuracy remains, as it is recognized that very high accuracy cannot be expected from such portable devices.
Accordingly, the main object of the present invention is to provide a portable hardness testing apparatus operating with equal or greater accuracy than the bulky and non-portable hardness testing apparatus currently known.
The present invention also aims to provide a hardness testing apparatus that is simple, robust and inexpensive to manufacture, lightweight, so that it can easily be transported and applied to the samples to be tested, and which gives directly the number that expresses hardness without resorting to additional devices or tables.
The apparatus for hardness tests according to the invention is characterized in that it comprises a gooseneck frame, a pile mounted on one end of this frame, a penetration pin, mounted at the other end, so to be adjustable longitudinally in this end and capable of free oblique movements, a load indicator mounted at one end of the frame, a lever arm fixed to the other end of this frame and comprising a free end cooperating with the load indicator .
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment and variants of the subject of the invention.
Fig. 1 is a side elevational view.
Fig. 2 is a view, partially in plan and partially in horizontal section, taken along line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a detail end view, looking along arrows III-III of FIG. 1.
Fig. 4 shows the development of a hardness scale which is part of the apparatus.
Figs. 5, 6 and 7, 8 are partial detail views showing interchangeable penetrating elements which can be used to perform various tests with the apparatus.
Fig. 9 is a side view of a variant of the apparatus.
Fig. 10 is a corresponding plan view.
Fig. 11 is an end view looking along the arrows XI-XI of FIG. 9.
Fig. 12 is a cross section taken on the line XII-XII of FIG. 9.
Fig. 13 is a vertical section of a detail.
Fig. 14 is a schematic view showing the operation of the spindle when the frame is deformed, the deformations being exaggeratedly amplified.
In order to describe the object of the invention shown, use is made, for greater clarity, of specific terminology.
However, it is understood that the terms thus chosen should not be considered as limiting and that, on the contrary, each of them is agreed to apply equally to all the technical equivalents which operate in a similar manner to obtain a similar result.
According to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the apparatus comprises a relatively small, gooseneck, or stirrup-shaped frame 10 made of a flexible hardened metal, preferably of hardened tool steel, with bosses. 11 and 12 at its opposite ends.
The boss 11 is hollowed out so as to form a bearing surface for a threaded rod 13, while the boss 12 supports an anvil or a pile 14 which is in axial alignment with this rod 13. In FIG. 2, it can be seen that the threads of the rod 13 which are forty in number for 25 mm in the embodiment shown are engaged in the threaded bore of a hollow extension 15, of small diameter, of the boss 1 I and that this rod carries at its outer end a flywheel 16 with an axial and tubular extension 17 of the hub, surrounding the end of the aforementioned extension of the boss. The flywheel 16 is preferably made of plastic material, so as not to increase the weight of the apparatus.
On the extension 17 of the flywheel hub 16 is mounted a sleeve 18, angularly adjustable and the cylindrical surface of which has a graduated hardness indication scale with direct reading, as will be explained below, capable of moving in front of an arrow 19 traced on a fixed transparent element 20, mounted on the boss 11 of the yoke 10 and which extends over the sleeve 18. At its inner end, the rod 13 is provided with a removable cap 21, with a conical end, as shown in detail in FIG. 7, and which is provided with a penetrating ball 22 mounted and retained in its tip.
The cap 21 of the penetrating ball pin is intended to serve, in general, with the flat pile 14 of Figs. 1 and 2 to test flat test pieces, made of relatively soft metals; but, when trying on curved objects such as rings, tubes, cup-shaped die-cast pieces and the like, it is more advantageous to use, in addition, on the pile 14, a 21 'ball cap. penetration 23, such as that shown in FIG. 5.
To test harder materials, interchangeable diamond-tipped penetration caps are provided, such as those shown at 21 'and 23' in FIGS. 6 and 8, for rod 13 and pile 14, respectively.
On the opposite sides of the boss 11 are fixed, for example by welding, parallel bars 25, directed obliquely downward and forward and joined by a handle 26 for holding the device in the left hand during the tests , so that the right hand can be used to rotate the rod 13 and to perform other adjustments described below.
To one side of the boss 12 of the pile is welded or otherwise permanently attached a lever arm 27 which is made of a relatively strong and rigid hardened sheet steel which has the shape shown. The lever arm 27 extends downwardly and rearwardly in the interval between the bars 25 and substantially perpendicular thereto. As seen in fig. 3, it does not touch the caliper 10, except in the region of its attachment to the boss 12, nor the bars 25. On the free end of the lever arm 27 is mounted a load indicator 28 which can be of any type. known type; this indicator comprises an annular case 29 and a dial 30.
The needle 32 (fig. 9) of the indicating device 28 is actuated by means of a gear transmission, by a plunger 33 pushed by a spring and which is guided so as to be able to move axially, in projections 34 and 35 forming a tubular slideway, of the housing 29, its conical end bearing laterally against the extension 15 of the boss 11, at a point close to the outer end of the latter.
In the variant shown in FIGS. 9 to 13, the hardness testing apparatus comprises a semi-circular, relatively small frame 10 made of a hardened material, endowed with determined flexibility, with bosses 11 and 12 as previously described and also comprising a penetration rod or pin 13 which is supported in a flexible pad 24 (fig. 13) housed and abutted in a cavity: 31 of the boss 11. A removable retaining ring 17 is provided to hold in place the flexible pad 24. The latter can be made of synthetic rubber or similar material. It will be noted, from FIG. 13, that the bore of the flexible pad 24 is curved longitudinally, so as to facilitate the free oblique displacement of the rod 13, as seen in FIG. 14.
To prevent the rod 13 from rotating about its axis, there is provided a pin 36 mounted in the boss 1 1 and penetrating into a longitudinal groove 37 of the surface of the rod 13. In FIG. 13, we see that the right end of the pin 13 enters an axial bore 38 of the inner end of a threaded part 39 and that it is held in place by a tangential pin 40. This pin is mounted. transversely in the threaded part 39 and engages in a circumferential groove 41 of the rod 13.
The end of the rod 13 engaged in the bore 38 of the threaded part 39 bears on a ball 42 which abuts in the bottom 43 of this bore. The end of the pin 13 is concave so as to match the spherical surface of the ball 42, as seen in FIG. 13, and to cooperate by contact with this surface. The threaded part 39 is screwed into a tubular extension 15 of the boss 11.
The threads of part 39 are preferably 40 to 25 mm in number and they are of a type generally known under the name of micrometric threading. On the outer end of the threaded part 39 is fixed a hollow cylindrical part 44 corresponding to the extension 17 of the hub of FIGS. 1 and 2 and which is held in place by a stop screw 45. This part 44 has a diameter and a length sufficient to allow it to extend over a sensitive part of the cylindrical extension 15, with a large clearance, as is possible. see it in fig. 10 and 13, while a steering wheel is mounted on the outer end of this part 44 and held rigidly by means of a fixing screw 46.
As stated above, the flywheel 16 is preferably made of a plastic material, for example, allowing the weight of the apparatus to be reduced.
On the inner end of the cylindrical part 44 is mounted the adjustable sleeve 1S in rotation, suitably held in place by a screw 47 penetrating into a circumferential groove 48, formed in the cylindrical part 44. The peripheral surface of the sleeve 48 is graduated from so as to achieve a hardness scale serving to indicate the depth of penetration of the pin 13, and the screw 47 is preferably a countersunk head, so as not to conflict with the transparent element or index 20 which bears a line 49 serving as a marker (fig. 9).
This index 20 is fixed to the boss 1 1 by means of screws 50, so that the reference line 49 cooperates with the hardness scale 51 of the collar 18,
The spindle sleeve hardness scale 51 has four divisions or bands, as shown in fig. 4, designated respectively by B1, C1, C2,
B2, with graduations along the opposite edges, common to divisions B1 and C1 and B2 and C2 respectively, but bearing different numbers. Division or band B1 gives the readings when using the ball penetrators 22 on pin 13 (Fig. 7) only. Division B2 is used when using ball indenters on both spindle 13 and pile 14 (fig. 5).
Division C1 is used when using a 23 'diamond tip on pin 13 (fig. 8) only, and graduation C2 when using diamond tips 21' and 23 'on both pin 13 and on pile 14 (fig. 8 and 6 respectively). The hardness graduation 51 is preferably but not necessarily determined to indicate the depth of penetration in units of 0.020mm, generally used in this technique.
Thus, with a pin 13 comprising 40 threads for 25 mm, therefore with a pitch of 0.625 mm, the sleeve 18 in the bands B1 and Cl is graduated in degrees spaced by a distance equal to
0.6'5 X 10 0.020X2 or one hundred and fifty-sixth (1 / ,,,) approximately of the circumference of said sleeve, each division thus representing two numbers of hardness, while the bands B2 and C2 have a number half d 'intervals, each representing four hardness numbers, for double penetration readings. Bands B1, C1 and B2, C2 are furthermore numbered respectively at appropriate intervals to facilitate readings.
On the other hand, the load indicator 28 is graduated in numbers respectively designating the zero point and the 100 and 150 kg points.
It also bears the letter I designating the point
10 kg.
We see, in fig. 13, that the pin 13 is mounted so as to be able to move obliquely as indicated schematically and with exaggeration in FIG. 14. It should be noted in particular that this free oblique displacement of the pin 13 is of paramount importance in the operation of the invention. In other words, it is of fundamental importance that the left end of the frame 10 (fig. 14) moves freely, depending on the deformation of the frame 10, under the action of the test pressure and that this displacement is transmitted to the load indicator 28 by the lever arm 57 (fig. 13).
The inner end of pin 13 is provided with a removable conical penetrating cap, such as 21 or 21 ', of the same general type as previously described.
When a test is carried out, for example on a flat test piece such as S, shown in figs. 1 and 2, in a relatively soft metal, the apparatus is clamped on this specimen as shown, and the pin 13 is rotated until the needle 32 of the charge indicator 28 comes on the graduation I by the flexion imparted to the caliper 10, so that an initial load of 10 kg is applied by the ball 22 on the pin 13 to effect surface penetration into the test piece. The sleeve 18 of the hardness indicator is then brought to O and the pin 13 is further tightened with a new bending of the caliper 10, until the indication of the load indicator 28 is for example 100.
Finally, the pin 13 is released until the load indicator 28 returns to I where the reading of the division B1 of the hardness scale 51 indicates the degree of hardness of the test piece S.
In cases where it is desirable or advantageous to use the ball cap 23 of FIG. 5 on the pile 14 with the ball penetrating device 21 on the pin 13, the test is made by proceeding in the same way as before, but using the strip
B2 of the hardness scale.
As said above, for testing harder materials, with the diamond tip penetrator 21 'of FIG. 8 on the pin 13, in cooperation with the plane pile 14, the band C1 of the hardness scale 51 gives the number of the hardness, while, when using the diamond point 23 'of FIG. 6 on the job, with the diamond point on the spindle, the hardness reading is taken on the C2 band of the hardness scale. In these last two cases, the handling of the instrument is the same as before.
Since, in all cases, the load is applied by bending the caliper 10, it is possible to obtain an exact measurement of the depth of penetration on flat test pieces by reading the hardness graduation, when l the load indicator is on the 100 or 150 kg mark, without bringing the needle 32 of the load indicator 28 in front of the letter I of 10 kg, but this requires a new zero mark on the hardness scale, so as to compensate for the deformation of the stirrup 10 between loads corresponding to the letter I and one of the 100 or 150 kg marks on the load indicator 28, as well as a zero point for the 100 kg load different from that adopted for the load of 150 kg, as seen in fig. 4.
Referring again to Figs. 9 to 13, we see that an adjustable stack 52 is screwed into the boss 12 of the frame 10. The boss 12 is split on the top, so as to provide an opening with ears 53 on each side thereof, these ears being perforated for the passage of a screw 54 provided with a nut 55, and serving to tighten the boss 12 according to the desired setting. In this way, the adjustable pile 52 can be forcefully clamped in place when the necessary adjustment has been obtained. A butterfly handle 56 is provided at the outer end of the pile 52 for rotating the same.
After placing a test specimen
S between the pile 52 and the cap 21 (fig. 9 and 10), with the bar 26 directed downwards and forwards, the device can be held in the left hand while the test is being carried out, so that the right hand can be used to make the necessary adjustments for the operation. On the frame 10, in the vicinity of the boss 12, is fixed, permanently or otherwise, the lever arm 57 which, in this embodiment, is made of hardened sheet, robust and relatively rigid, preferably according to the outline shown. It is important that this lever arm 57 be as light as possible given that its simple and unique function is to actuate the load indicator 28.
It will also be noted, from FIG. 11, that the lever arm 57 is at a certain distance from the frame 10, so that the only contact between this lever arm and the frame 10 is at the place where it is fixed, in the vicinity of the boss 12. L The free end 5s of the lever arm 57 is in contact with the plunger 33 of the load indicator 28. When the caliper 10 deforms as shown schematically in FIG. 14, the free end 5s of the lever arm 57 rises, which allows the plunger 33, pushed by a spring, to rise, causing the operation of the load indicator s, as has been said upper.
As has also been said, this indicator 28 comprises a cylindrical housing 29 and a dial 30. The hand 32 of the indicator 28 is actuated by a conventional gear transmission, from the plunger 33, pushed by a spring, and which is guided so as to move axially in the tubular slides 34 and 35 with its pointed end bearing against the extension or free end 58 of the lever arm 57, as mentioned above. To allow adjustment by rotation, the load indicator 28 is mounted on the frame 10 by means of a threaded or captive rod 59 carried by the rear of the housing 29 and passing through the frame 10. Ordinary locking nuts 60 are screwed onto the rod 59.
There is shown in FIG. 14, by the dotted lines, a particular setting obtained by turning the charge indicator -S to the left.
When a test is carried out with the variant described on a flat test piece 55, as mentioned above, the apparatus is clamped on this sample, as seen in FIGS. 9 and 10, and the pin 13 is turned until the needle 32 of the load indicator 28 comes to the graduation I with the resulting bending for the stirrup or frame 10. An initial load of 10 kg is then applied by the penetration cap 21 on the pin 13 for a surface penetration into the test piece S. This preliminary surface penetration is important to avoid an error which may result from the surface irregularities of the test piece.
The sleeve 18 of the hardness indicator is then set to 0 and the pin 13 is further tightened with new bending of the caliper 10, until the load indicator 28 gives, for example, 100. Finally, the pin 13 is loosened until the load indicator 28 returns to I, which indicates a pressure of 10 kg and the reading on the hardness scale indicates the hardness number of the test piece S.
In general, and in summary, the apparatus according to the invention provides a great accuracy which results from the possibility for the pin 13 to freely take a certain obliquity, which allows the caliper 10 to deform or to deform. bend temporarily under the action of the test pressure without the stress that would otherwise result from the bending reactions of a rigidly mounted pin 13. Since the lever arm 27 or 57 is light, the effect of gravity on the operation of this arm is greatly reduced, allowing the hardness indicator to be used in the inverted position without diminishing the accuracy. With an adjustable pile 52, the length of the expensive micrometric thread required is reduced with the adjustable penetrating pin 13.