CZ25629U1 - System of instrumented measuring of indenter indentation parameters - Google Patents

System of instrumented measuring of indenter indentation parameters Download PDF

Info

Publication number
CZ25629U1
CZ25629U1 CZ201327713U CZ201327713U CZ25629U1 CZ 25629 U1 CZ25629 U1 CZ 25629U1 CZ 201327713 U CZ201327713 U CZ 201327713U CZ 201327713 U CZ201327713 U CZ 201327713U CZ 25629 U1 CZ25629 U1 CZ 25629U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
load
sensor
measuring
indentation
measuring device
Prior art date
Application number
CZ201327713U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Anisimov@Evgeniy
Puchnin@Maxim
Horník@Jakub
Peslová@Frantiska
Cejp@Jirí
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze,
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze, filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze,
Priority to CZ201327713U priority Critical patent/CZ25629U1/en
Publication of CZ25629U1 publication Critical patent/CZ25629U1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká systému instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícího zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřicí zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení.The technical solution relates to a system of instrumented measurement of indentor indentation parameters comprising a test specimen loading mechanism and a measuring device provided with a displacement sensor and a load sensor.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Klasické metody měření mechanických vlastností materiálů jsou časově náročně a drahé, vyžadují výrobu speciálních zkušebních vzorků. Nejrozšířenější mechanické zkoušky jsou zkouška tahem, zkouška rázem v ohybu a zkoušky tvrdosti. Obvyklým výstupem z těchto zkoušek jsou grafické závislosti mezi napětím a deformací zkoušeného materiálu. Existují nedestruktivní metody a zařízení pro provedení rychlého hodnocení vlastností materiálu s postačující přesností, které zahrnují metody automatizovaného vtlačování indentoru. Tyto metody se používají při vývoji nových materiálů a zařízení, hodnocení a včasný odhad možných odchylek jejich vlastností během provozu. Základními vlastnostmi, které jsou zjišťovány, jsou tvrdost, modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění a velikost zrna.The classical methods of measuring the mechanical properties of materials are time consuming and expensive, requiring the production of special test samples. The most widespread mechanical tests are the tensile test, the bend test and the hardness test. The usual output of these tests are the graphical dependencies between the stress and strain of the test material. There are non-destructive methods and devices to perform a rapid assessment of material properties with sufficient accuracy, including methods of automated indent indentation. These methods are used in the development of new materials and equipment, the assessment and timely estimation of possible deviations in their performance during operation. The basic properties that are found are hardness, modulus of elasticity, yield strength, breaking strength, as well as elastic and plastic deformation energy, hardening exponent and grain size.

Měření tvrdosti je založené na procesu indentace, kde indentor vniká do povrchu zkoumaného vzorku a číslo tvrdosti se následně určuje podle geometrických parametrů indentace, v závislosti na použitém zatížení. Základními geometrickými parametry jsou průměr vtisku - podle Brinella, diagonála - podle Vickerse, nebo hloubka vtisku - podle Rockwella. Techniky, které stanoví korelaci mezi číslem tvrdostí a základními mechanickými vlastnostmi, jsou dobře známé v inženýrské praxi a byly standardizovány, např. GOST 18835-73, GOST 22762-77. Teoretické a experimentální studie ukazují, že indentační zkouška poskytuje nejvíce objektivní výsledky stanovených mechanických vlastností materiálů a povlaků, použitím nejen jedné hodnoty tvrdosti při daném zatížení, ale průběžným zaznamenáváním parametrů procesu zatížení a odlehčení, tzv. křivka zatížení-hloubka [Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim: Reduction of Elastic modulus of Titanium Alloy TÍ-6A1-4V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovák Republic, ISBN 978-80-553-1163-0, Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Balí Iindentation Test, in Conferrence Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5]. Tato metoda je nazývána instrumentovanou zkouškou materiálů vtlačováním indentoru. Křivka zatížení-hloubka potom popisuje charakteristické chování materiálu pod vlivem elastické, elasticko-plastické a plastické deformace [ASTM WK381, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004],The hardness measurement is based on the indentation process where the indentor penetrates the surface of the sample to be examined and the hardness number is then determined by the geometric indentation parameters, depending on the applied load. The basic geometrical parameters are the Brinell imprint diameter, the Vickers diagonal, or the Rockwell indentation depth. Techniques that determine correlation between hardness number and basic mechanical properties are well known in engineering practice and have been standardized, eg, GOST 18835-73, GOST 22762-77. Theoretical and experimental studies show that the indentation test gives the most objective results of the determined mechanical properties of materials and coatings, using not only one hardness value at a given load, but continuous recording of the load and unloading process parameters, the so-called load-depth curve [Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim : Reduction of Elastic Module of Titanium Alloy Ti-6A1-4V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovak Republic, ISBN 978-80-553-1163-0, Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Packing Test, in Conferences Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5]. This method is called instrumented material testing by indentor injection. The load-depth curve then describes the characteristic behavior of the material under the influence of elastic, elastic-plastic and plastic deformation [ASTM WK381, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004],

Měřicí zařízení, používané pro zkoušení vtlačováním indentoru, obsahuje snímač zatížení, snímač posuvu [PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04.2009]. Existují různé metody zatížení indentoru, jako hydraulické [US 4 059 990 (Glover) 29.11.1977], pneumatické [US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980, US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958, US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985], elektromechanické [US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] s použitím elektrických motorů se zubovou převodovkou [US 4 635 471 (Rogers) 13.01.1987] nebo s řemenovým převodem [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997], elektromagneticky anebo piezoelektrickými prvky [US 4,304,123 (Ashinger) 08.12.1981, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000], mechanické s použitím závaží [US 3 367 174 (Affri) 06.02.1968, US 4 103 538 (Stóferle) 01.08.1978], klikových a pákových mechanizmů [US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 4,535,623 (Gilberto) 20.08.1985, US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04.2009, EP 2 345 884 A2 (Sawa) 06.01.2011], Hydraulické [US 4 059 990 (Glover) 29.11.1977] apružinové [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982] měřiče zatížení, piezoelektrické prvky [US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000], kapacitní [US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] a tenzometrické snímače [USThe measuring device used for indentor pressing testing includes a load sensor, a displacement sensor [PCT / KR02 / 01351 (Lee) 18.07.2002, PCT / IB2005 / 002275 (Beghini) 01.08.2005, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04. 2009]. There are various methods of indentor loading, such as hydraulic [US 4 059 990 (Glover) 29.11.1977], pneumatic [US 4,182,164 (Fohey) January 8, 1980, US 2,839,917 (Webster) June 24, 1958, US 4,534,212 (Targosz) 13.08. 1985], electromechanical [US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, PCT / IB2005 / 002275 (Beghini) 01/08/2005, US 7,066,013 B2 (Wu) US 2011/0132078 Al (Wu) June 9, 2011] using electric motors with gear gear [US 4,635,471 (Rogers) January 13, 1987] or with belt drive [US 5,616,857 (Merck) April 1, 1997], electromagnetically or piezoelectric elements [US 4,304,123 (Ashinger) December 8, 1981, US 6,026,677 (Bonin) February 22, 2000], mechanical using weights [U.S. Pat. No. 3,367,174 (Affri) February 6, 1968, U.S. Pat. 1978], crank and lever mechanisms [US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 4,535,623 (Gilberto) 20.08.1985, US 4,182,164 (Fohey) 08/01/1980, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30/04/2009, EP 2 345 884 A2 (Sawa) January 6, 2011], Hydraulic [US 4 059 990 (Glover) November 29, 1977] and spring-loaded [US 4 312 220 (Borgersen) January 26, 1982] load meters, piezoelectric elements [US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000], capacitive [US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) June 9, 2011] and strain gauge sensors [US

-1 CZ 25629 Ul-1 CZ 25629 Ul

934 463 (Vandeijagt) 27.01.1976, US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] jsou používány pro měření hodnoty zatížení. Metody založené na laserové optice [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004] a elektro-optické mechanice [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982], kapacitní [US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011], potenciometrické [EP 2 390 649 Al (Sakuma) 18.01.2010] elektromagnetické [US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980, US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, US 4 034 603 (Leeb) 12.07.1977], piezoelektrické [US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000] a tenzometrické snímače [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025] jsou často využívané pro záznam hloubky vnikání, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky.US 9 304 463 (Vandeijagt) 27.01.1976, US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, US 2011/0132078 Al (Wu) June 9, 2011] are used to measure load values. Methods based on laser optics [US 5,616,857 (Merck) April 1, 1997, US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000, PCT / KR02 / 01351 (Lee) July 18, 2002, PCT / IB2005 / 002275 (Beghini) 01.08. 2005, US 6,755,075 B2 (Nagashima) January 29, 2004] and electro-optical drives [US 4 312 220 (Borgersen) January 26, 1982], capacitive [US 7,066,013 B2 (Wu) 27/06/2006, US 2011/0132078 Al (Wu) June 9, 2011], potentiometric [EP 2 390 649 Al (Sakuma) January 18, 2010] Electromagnetic [US 4 159 640 (Lévéque) July 3, 1979, US 4 182 164 (Fohey) January 8, 1980, US 4,435 976 (Edward) March 13, 1984, US 4,534,212 (Targosz) August 13, 1985, US 6,718,820 (Kwon) April 13, 2004, US 4,034,603 (Leeb) July 12, 1977], piezoelectric [US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000] and strain gauge sensors [Degtyarev VI, Lagveshkin V.Ya. Are often used to record the penetration depth, or current linear displacement, of the indent during the indentation test, or the current linear displacement of the indent during the indentation test, is often used to record the penetration depth or the current linear displacement of the indentation test. .

Přesnost měření celkového lineárního posuvu indentoru závisí na citlivosti snímače indentační hloubky, jež má svoje rozlišení a umožňuje záznam určitého konečného počtu hodnot pri daném posuvu. Problematika přesnosti záznamu malých posuvů indentoru se řeší obvykle pomocí laserové optiky nebo elektromagnetických systémů. Přesnost měření závisí nejen na diskrétnosti zaznamenávané hodnoty, ale také na vzdálenosti snímače od indentoru. Větší počet prvků mezi snímačem a indentorem zvětšuje chybu měření, protože samotné měření je potom ovlivněno napěťově-deformačními stavy těchto prvků v závislosti na zatěžovacích podmínkách, počtu cyklů a na atmosférických parametrech, zejména tlaku a teplotě. Snímač posuvu je často součástí zatěžovacího mechanismu a během indentace se tak komplikuje proces korektní interpretace výsledků [US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958, US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 3 367 174 (Affri) 06. 02. 1968, US 4 245 496 (Napetschnig) 20.01.1981, US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982, US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004, US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006], Existující zařízení, která realizují instrumentovanou indentační metodu s vysokou přesností a opakovatelností procesu měření, mají větší rozměry [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011], jsou často omezené rozsahem používaného zatížení [US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, US 6 718 820 (Kwon) 13. 04. 2004, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04.2009] anebo rozměrem indentoru [US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 4 535 623 (Gilberto) 20.08.1985, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004], měří celkový lineární posuv indentoru. Jsou také známy potíže s identifikací parametrů iniciace porušení ze závislostí zatížení-hloubka a napětídeformace pri měření vlastností povlaků [PCT/US00/09940 (White) 13. 04. 1999, N.H. Faisal, J.A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18(4), p.525 -535, (2009), Markus G. R. Sause, Daniel SchultheiB. Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, 26, p.1-13, (2008)], které se řeší pomocí snímačů akustické emise[US 4 856 326 (Tsukomoto) 15.08.1989].The accuracy of measuring the total linear displacement of the indentor depends on the sensitivity of the indentation depth sensor, which has its resolution and allows the recording of a definite number of values at a given displacement. Problems of accuracy of recording of small indentor shifts are usually solved by means of laser optics or electromagnetic systems. The accuracy of the measurement depends not only on the discretion of the recorded value, but also on the distance of the sensor from the indentor. The larger number of elements between the sensor and the indentor increases the measurement error because the measurement itself is then influenced by the stress-strain states of these elements depending on the load conditions, the number of cycles and the atmospheric parameters, in particular pressure and temperature. The displacement sensor is often part of the load mechanism and the process of correct interpretation of results is complicated during the indentation [US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958, US 4,159,640 (Levéque) 3.07.1979, US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984 U.S. Pat. No. 3,367,174 (Affri) June 6, 1968, U.S. Pat. No. 4,245,496 (January 20, 1981, U.S. Pat. No. 4,312,220) January 26, 1982, U.S. Pat. No. 4,534,212 (Targosz) August 13, 1985, U.S. Pat. No. 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004, US 7 066 013 B2 (Wu) June 27, 2006], Existing devices that implement an instrumented indentation method with high accuracy and repeatability of the measurement process have larger dimensions [US 5,616,857 (Merck) 01.04 .1997, US 2011/0132078 Al (Wu) June 9, 2011], are often limited by the range of load used [US 4,159,640 (Levéque) July 3, 1979, US 4,304,123 (Ashinger) December 8, 1981, US 4,611,487 ( September 16, 1986, US 6,026,677 (Bonin) February 22, 2000, PCT / KR02 / 01351 (Lee) July 18, 2002, US 6,718,820 (Kwon) April 13, 2004, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04 [US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 4,535,623 (Gilberto) August 20, 1985, PCT / KR02 / 01351 (Lee) July 18, 2002, US 6,755,075 B2 (Nagashima) 29.01 .2004], measures total linear indent feed. There are also known difficulties in identifying failure initiation parameters from load-depth and stress dependencies in the measurement of coating properties [PCT / US00 / 09940 (White) April 13, 1999, N.H. Faisal, J.A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18 (4), p.525-535, (2009), Markus G.R. Sause, Daniel SchultheiB. Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, 26, p. .1989].

Ashinger [US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981] popisuje možnost využití tenzometrických snímačů, které jsou připojeny k průžnému ramenu, pro registraci nízkých hodnot zatížení a posuvů indentoru. Měření vyšších hodnot parametru indentace popisuje [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025]. Napetschnig [US 4 245 496 (Napetschnig) 20.01.1981] navrhuje vertikální umístění průžného ramena. V zařízení Fohey [US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980] je realizován krátký měřicí obvod měření posuvu, kde je zatěžován pouze držák indentoru a indentor, což je nejnižší nalezený počet prvků mezi snímačem a indentorem, které se deformují. Borgersen [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982] realizuje pákovým mechanizmem odečet parametru zatížení.Ashinger [US 4,304,123 (Ashinger), Dec. 8, 1981] describes the possibility of using strain gauge sensors that are attached to a flexible arm to register low load and displacement values of the indent. The measurement of higher indentation parameter values is described by [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, USSR, ISSN 0368-1025]. Napetschnig [US 4 245 496 (Napetschnig) 20.01.1981] proposes a vertical positioning of the flexible arm. In Fohey [U.S. Pat. No. 4,182,164 (Fohey) January 8, 1980], a short displacement measuring circuit is realized, where only the indentor and the indentor are loaded, which is the lowest number of elements found between the sensor and the indentor that are deformed. Borgersen [US 4 312 220 (Borgersen) January 26, 1982] leverages the load parameter reading.

-2CZ 25629 Ul-2CZ 25629 Ul

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny systémem instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícím zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřicí zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že měřicí zařízení obsahuje pouzdro ve kterém je umístěn adaptér s pružinou a snímač posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem a deformačním páskem a snímač zatížení opatřený deformačními páskami, válcem a tyčí, procházející od indentoru umístěného v držáku k snímači posuvu, přičemž pouzdro je opatřeno víkem a snímačem akustické emise pro měření akustického signálu, který je registrován zesilovačem analogového signálu a ukládán do počítače.The aforementioned drawbacks are largely eliminated by an instrumented indentor indentation parameter measurement system comprising a test specimen loading mechanism and a measuring device provided with a displacement sensor and a load transducer according to the present invention. The essence of this is that the measuring device comprises a housing in which a spring adapter and a displacement sensor are provided with a strain gauge and a deformation strip and a load sensor provided with deformation tapes, a cylinder and a rod extending from the indentor located in the holder to the displacement sensor, it has a lid and an acoustic emission sensor for measuring the acoustic signal that is registered by the analogue amplifier and stored in the computer.

Zatěžovací mechanizmus může být tvořen tvrdoměrem podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem, pákovým mechanizmem se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem.The loading mechanism can be a Brinell, Vickers, Rockwell hardness tester, a universal tearing machine, a lever mechanism with its own load source or a piezoelectric element.

Měřicí systém je založen na automatickém vtlačování indentoru při zatížení, který má spolehlivý, snadno vyrobitelný a provozovatelný adaptér pro měření hlavních parametrů indentace, jako zatížení (P) a hloubka (h). Měřicí zařízení, díky svému designu, nezatěžuje snímač posuvu, určený pro záznam indentaění hloubky (h) při vtlačování indentoru a umožňuje záznam parametrů indentace (mV) s větší přesností, ve srovnání se zařízeními, které mají delší měřicí obvod. Měřicí zařízení je kompaktní a může být použité spolu s různými měřicími systémy, jako trhací stroj a tvrdoměr, čímž rozšiřuje jejich možnosti a optimalizuje proces indentace. Určení mechanických vlastností se provádí na základě parametrů indentace. K dispozici je možnost používání různých indentorů, jako např. Brinell, Vickers, Knoop, Berkovich, Rockwell. Grafická závislost zatíženíhloubka ukazuje na deformační chování materiálu během cyklu zatížení.The measuring system is based on automatic indentor indentation, which has a reliable, easy to manufacture and operable adapter for measuring the main indentation parameters, such as load (P) and depth (h). Due to its design, the measuring device does not load the displacement sensor, designed to record depth indications (h) during indentor indentation, and allows recording of indentation parameters (mV) with greater accuracy compared to devices that have a longer measuring circuit. The measuring device is compact and can be used in conjunction with a variety of measuring systems, such as a tearing machine and a hardness tester, thus extending their capabilities and optimizing the indentation process. Determination of mechanical properties is based on indentation parameters. Various indentors are available, such as Brinell, Vickers, Knoop, Berkovich, Rockwell. The graphical dependence of the load depth indicates the deformation behavior of the material during the load cycle.

Snímač zatížení je vyměnitelný dynamometr, který obsahuje deformační pásky pro měření malých hodnot zatížení, větší hodnoty zatížení se měří tužším prvkem dynamometru, válcem. Zvýšením celkového měřeného rozsahu deformace snímačem zatížení pomocí deformačních pásků se zvyšuje úroveň deformace tenzometrických snímačů a tím přesnost detekce nízkých hodnot zatížení, což dovoluje zvýšit frekvenci záznamu registrovaného signálu (mV) při stejné citlivosti měřicích prvků, tenzometrických snímačů. Pro optimalizaci procesu měření hodnot zatížení během indentace byly vyvinuty snímače zatížení několika typů.The load transducer is a replaceable dynamometer that contains deformation tapes for measuring small load values, larger load values are measured with a stiffer dynamometer element, cylinder. By increasing the total deformation range measured by the load cell by the deformation strips, the strain level of the strain gauge sensors is increased and thus the detection accuracy of the low load values, which allows to increase the recording frequency of the registered signal (mV) at the same sensitivity of the measuring elements, strain gauge sensors. Load sensors of several types have been developed to optimize the process of measuring load values during indentation.

Měřicí systém umožňuje nepřetržité měření elektrických signálů (mV), které odpovídá změnám měřených parametrů hloubky vtisku (h) a aplikovaného zatížení (P) během indentace, kde podle závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformace získaných z registrovaných signálů, je vyhodnoceno číslo tvrdosti a další mechanické vlastnosti jako modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění, velikost zrna.The measurement system allows continuous measurement of electrical signals (mV), which corresponds to changes in measured depth of indentation (h) and applied load (P) values during indentation, where the hardness number is evaluated according to load-depth and stress-strain dependencies obtained from registered signals. other mechanical properties such as modulus of elasticity, yield strength, breaking strength, as well as elastic and plastic energy, reinforcement exponent, grain size.

Objasnění obrázků na výkresechExplanation of the drawings in the drawings

Technické řešení bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je znázorněn v nárysu příkladný instrumente váný měřicí systém. Na Obr. 2 je znázorněno příkladné měřicí zařízení. Obr. 3 ilustruje umístění snímače akustické emise ve víku pouzdra. Obr. 4(a) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí tvrdoměru. Obr. 4(b) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí trhacího stroje. Obr. 4(c) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí piezoelektrického prvku. Obr. 4(d) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí zatěžovacího mechanismu s pákovým přenosem. Obr. 5 ilustruje typickou indentační křivku zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).The technical solution will be described in more detail on a specific embodiment with the aid of the attached drawings. FIG. 1 is an exemplary instrumented measuring system. FIG. 2 shows an exemplary measuring device. FIG. 3 illustrates the location of the acoustic emission sensor in the housing cover. FIG. 4 (a) illustrates a variation of the load of the measuring device using a hardness tester. FIG. 4 (b) illustrates a variation of the load of the measuring device by means of a tearing machine. FIG. 4 (c) illustrates a variant load of the measuring device by means of a piezoelectric element. FIG. 4 (d) illustrates a variant load of the measuring device by means of a lever-operated load mechanism. FIG. 5 illustrates a typical load-depth indentation curve that includes load values (N) and depths (mm).

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Cíle a výhody předkládaného technického řešení jsou detailně popsány v následujícím textu a doplněny o obrazovou dokumentaci.The objectives and advantages of the present technical solution are described in detail in the following text and supplemented with pictorial documentation.

-3CZ 25629 Ul-3CZ 25629 Ul

Instrumentovaný měřicí systém obsahuje počítač 1, zesilovač 2 analogového signálu, zkušební vzorek 3, měřicí zařízení 4 a zatěžovací mechanizmus 5. Měřicí zařízení obsahuje pouzdro 6, adaptér 7, pružinu 8, kapsle 9, tenzometrické snímače 10, deformační pásek 11, páku 12, dynamometr 13, deformační pásek 14, válec 15, tyč 16, držák 17 indentoru, indentor 18, víko 19 pouzdra, snímač 20 akustické emise, zkušební vzorek 21.The instrumented measuring system comprises a computer 1, an analog signal amplifier 2, a test sample 3, a measuring device 4 and a loading mechanism 5. The measuring device comprises a housing 6, an adapter 7, a spring 8, a capsule 9, a strain gauge 10, a deformation strip 11, a lever 12, dynamometer 13, deformation strip 14, cylinder 15, rod 16, indent holder 17, indentor 18, housing cover 19, acoustic emission sensor 20, test sample 21.

Na Obr. 4 jsou znázorněny různé varianty zatížení měřicího zařízení 4 pomocí tvrdoměru 26, trhacího stroje 27, piezoelektrického prvku 28 a pomocí zatěžovacího mechanismu 30 s pákovým přenosem 29.FIG. 4 there are shown various load variants of the measuring device 4 by means of a hardness tester 26, a tearing machine 27, a piezoelectric element 28 and by a lever transmission load mechanism 30.

Na Obr. 5 je znázorněna typická indentační křivka zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).FIG. 5, a typical load-depth indentation curve is shown that includes load values (N) and depths (mm).

Jak znázorňuje Obr. 1, měřicí systém je určen k provedení indentační zkoušky a obsahuje zkušební vzorek 3, testovaný pomocí měřicího zařízení 4, které generuje signály během procesu indentace při zatížení vytvořeném zatěžujícím mechanizmem 5, registrované zesilovačem 2 analogového signálu a ukládány do počítače 1.As shown in FIG. 1, the measuring system is designed to perform an indentation test and includes a test sample 3 tested by a measuring device 4 that generates signals during the indentation process at a load generated by the load mechanism 5 registered by the analog signal amplifier 2 and stored in the computer 1.

Jak dokumentuje Obr. 2, při přiložení zatížení k adaptéru 7 zatěžujícím mechanizmem 5 se adaptér 7 začíná pohybovat v pouzdru 6 měřicího zařízení 4. Pouzdro 6 je pritlačováno ke zkoumanému vzorku 21 pomocí víka 19 s pružinou 8. Zatížení je dále přenášeno z adaptéru 7 na dynamometr 13, který přes držák 17 indentoru vtlačuje indentor 18 do povrchu testovaného vzorku 21. Tyč 16 se pohybuje spolu s indentorem 1_8 a způsobuje snížení průhybu deformačního pásku pomocí páky 12 násobiče. V počáteční pozici, kdy indentor 18 leží na povrchu vzorku 21, je tyč 16 přitlačena k indentoru 18 pomocí deformačního pásku 11 přes páku 12 násobiče. Páka 12 má ve své spodní části kulovou misku 22 sloužící k vycentrování tyče 16. Tyč 16 je opatřena vodicím lemem, který omezuje její axiální pohyb, čímž chrání obsah kapsle 9 a zabraňuje vypadnutí tyče 16 během výměny indentoru 18.As documented in FIG. 2, when the load is applied to the adapter 7 by the loading mechanism 5, the adapter 7 begins to move in the housing 6 of the measuring device 4. The housing 6 is pressed against the sample 21 by the lid 19 with the spring 8. The load is further transferred from the adapter 7 to the dynamometer 13 which the indentor 18 pushes the sample sample 21 through the indentor holder 17. The rod 16 moves with the indent 18 and causes the deflection strip to be deflected by the multiplier lever 12. In the initial position where the indentor 18 lies on the surface of the sample 21, the rod 16 is pressed against the indent 18 by the deformation strip 11 over the multiplier lever 12. The lever 12 has in its lower part a ball cup 22 serving to center the rod 16. The rod 16 is provided with a guide lip which limits its axial movement, thereby protecting the contents of the capsule 9 and preventing the rod 16 from falling out during the replacement of the indent 18.

Na začátku indentačního procesu, v oblasti nízkých hodnot zatížení se deformační pásky 14 dynamometru 13 deformují elasticky jako první, dále se elastická deformace přenáší na tužší prvek dynamometru 13 - válec 15. Deformační pásky 14 dynamometru 13 košíkového typu, které se nacházejí ve více deformovaném stavu než válec 15, zvyšují diskrétnost signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, čímž se dosahuje větší přesnost měření malých zatížení. Větší zatížení jsou potom registrovány tenzometrickými snímači 10 válce 15. Signál generovaný tenzometrickými snímači 10 se zaznamenává zesilovačem 2 analogového signálu a ukládá se do počítače 1. Otvor v homí části dynamometru 13 slouží k poloho vání kapsle 9 a poskytuje potřebný prostor pro pohyb částí měřicího zařízení 4 během procesu indentace. Další modifikací dynamometru 13 je dynamometr válcového typu, který má jednodušší provedení aje určen hlavně pro měření větších zatížení. Tenzometrické snímače 10 jsou v tomto případě umístěny na jeho vnějším povrchu.At the beginning of the indentation process, in the low load area, the deformation strips 14 of the dynamometer 13 deform first elastically, then the elastic deformation is transferred to the stiffer dynamometer element 13 - cylinder 15. The basket type dynamometer strips 14, which are in a more deformed state than cylinder 15, increase the discretion of the signal generated by the strain gauges 10, thereby achieving greater accuracy in measuring small loads. The larger loads are then registered by the tensometric sensors 10 of the roller 15. The signal generated by the strain gauges 10 is recorded by the analog signal amplifier 2 and stored in the computer 1. The opening at the top of the dynamometer 13 serves to position the capsule 9 and provides the necessary space for moving parts of the measuring device 4 during the indentation process. Another modification of dynamometer 13 is a cylindrical dynamometer, which has a simpler design and is intended mainly for measuring larger loads. The strain gauge sensors 10 are in this case located on its outer surface.

Kapsle 9 snímače posuvu je určená nejen pro měření posuvu indentoru 18 a zabránění mechanickému poškození svého obsahu, ale také zachycuje dynamometr 13 i po odtížení měřicího zařízení 4 a během výměny indentoru 18. Kapsle 9 je samostatným prvkem měřicího zařízení 4, zabezpečuje snadný přístup ke svému obsahu, opravu nebo výměnu v případě poškození. Signál tenzometrických snímačů 10 připojených k deformační pásce Π. pákového typu je generován průhybem deformační pásky H působícím zatížením aje průběžně registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače 1. Deformační páska 11 přitlačovaná pákou 12 k homí části kapsle 9 pomocí tyče 16 slouží ke zvětšení diskrétnosti signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, které jsou připojené k deformační pásce U_. Kulová miska 22 na spodní straně páky slouží k vycentrování tyče 16. Pomocí navrženého pákového systému kapsle 9 se zvětšuje přesnost měření malých posuvů indentoru 18 během probíhající zkoušky.The displacement sensor capsule 9 is intended not only to measure the displacement of the indent 18 and to prevent mechanical damage to its contents, but also to capture the dynamometer 13 even after the measuring device 4 has been unloaded and during the replacement of the inductor 18. The capsule 9 is a separate element of the measuring device 4, providing easy access to its content, repair or replacement in case of damage. The strain gauge sensor signal 10 connected to the Π deformation tape. the lever type is generated by deflection of the deformation tape H by the applied load and is continuously registered by the analog signal amplifier 2 and stored in the computer 1. The deformation tape 11 pressed by the lever 12 to the upper part of the capsule 9 by means of the rod 16 serves to increase the discretion of the signal generated by the strain gauge 10 which are connected to the deformation tape U_. The ball cup 22 on the underside of the lever serves to center the bar 16. Using the proposed lever system of the capsule 9, the accuracy of measuring the small feeds of the indent 18 during the test is increased.

Měřicí zařízení také obsahuje snímač 20 akustické emise, čímž se rozšiřují jeho možnosti. Například, určení parametrů zatížení, které odpovídají mezním stavům a porušení materiálu, ne vždy možné při studiu vlastností systémů jako substrát/povlak. Tento problém řeší předložené řešení záznamem signálu akustické emise (mV) během indentace, který je generován testovaným materiálem 21 při dosažení mezních stavů aje registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače 1. Během indentace může být akustický signál generován porušením materiáluThe measuring device also includes an acoustic emission sensor 20, thereby extending its capabilities. For example, determining the load parameters that correspond to limit states and material failure are not always possible when studying the properties of systems as a substrate / coating. This problem is solved by the present solution by recording an acoustic emission signal (mV) during the indentation that is generated by the test material 21 when the limit states are reached and is registered by the analog signal amplifier 2 and stored in the computer 1. During the indentation, the acoustic signal may be generated by material failure

-4CZ 25629 Ul nebo také v průběhu jeho fázových transformací. Snímač 20 akustické emise je umístěn na deformačním pásku 12 v kapsli 9 snímače posuvu přímo nad kulovou miskou 22. Snímač 20 akustické emise je umístěn ve víku 19 pouzdra měřicího zařízení 4 pro zvýšení jeho citlivosti na procesy probíhající pod indentorem 18 ve zkoumaném materiálu 21.Or in the course of its phase transformations. The acoustic emission sensor 20 is located on the deformation strip 12 in the displacement sensor capsule 9 directly above the spherical cup 22. The acoustic emission sensor 20 is located in the housing cover 19 of the measuring device 4 to increase its sensitivity to processes running under the indentor 18 in the material 21 being examined.

Měřící systém je používán společně se zatěžovacím mechanizmem 5, který je připojen k měřicímu zařízení 4 pomocí adaptéru 7. Na Obr. 4(a) je znázorněná varianta použití tvrdoměru 26 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 4(b) je znázorněná varianta použití trhacího stroje 27 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 4(c) je znázorněná varianta použití piezoelektrického prvku 28 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 4(d) je znázorněná varianta zatěžovacího mechanizmu 5 s pákovým přenosem 29. Jako vlastní mechanizmus 30 zatížení může být použito např. elektromotoru.The measuring system is used together with a loading mechanism 5 which is connected to the measuring device 4 by means of an adapter 7. In FIG. 4 (a), a variant of the use of a hardness tester 26 as a loading mechanism 5 is shown. 4 (b) shows a variant of the use of a tear machine 27 as a loading mechanism 5. In FIG. 4 (c), a variant of the use of piezoelectric element 28 as a loading mechanism 5 is shown. Fig. 4 (d) shows a variant of a load mechanism 5 with a lever transmission 29. As an actual load mechanism 30, e.g. an electric motor can be used.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Měřicí systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění ve zkušebnách, laboratořích a podobně.The measuring system for non-destructive indentor testing by this technical solution can be used in test rooms, laboratories and the like.

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Měřicí systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru, obsahující zatěžovací mechanizmus (5) zkušebního vzorku (3) a měřicí zařízení (4) opatřené snímačem (9) posuvu a snímačem (13) zatížení, vyznačující se tím, že měřicí zařízení (4) obsahuje pouzdro (6) ve kterém je umístěn adaptér (7) s pružinou (8) a snímač (9) posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem (10) a deformačním páskem (11) a snímač (13) zatížení opatřený deformačními páskami (14), válcem (15) a tyčí (16), procházející od indentoru (18) umístěného v držáku (17) k snímací (9) posuvu, přičemž pouzdro je opatřeno víkem (19) a snímačem (20) akustické emise pro měření akustického signálu a pro jeho ukládání do počítače (1).A measuring system for inductor indentation non-destructive testing, comprising a load mechanism (5) of a test sample (3) and a measuring device (4) provided with a displacement sensor (9) and a load sensor (13), characterized in that the measuring device (4) comprising a housing (6) housing an adapter (7) with a spring (8) and a displacement sensor (9) provided with a strain gauge sensor (10) and a deformation strip (11) and a load sensor (13) provided with deformation stripes (14), a cylinder (15) and a rod (16) extending from the indentor (18) disposed in the holder (17) to the displacement sensing (9), the housing having a lid (19) and an acoustic emission sensor (20) for measuring the acoustic signal; saving it to a computer (1). 2. Měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že zatěžovací mechanizmus (5) je tvořen tvrdoměrem (26) podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem (27), pákovým mechanizmem (29) se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem (28).The measuring system according to claim 1, characterized in that the loading mechanism (5) consists of a Brinell, Vickers, Rockwell hardness tester (26), a universal tear-off machine (27), a lever mechanism (29) with its own load source or piezoelectric element (28).
CZ201327713U 2013-04-04 2013-04-04 System of instrumented measuring of indenter indentation parameters CZ25629U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201327713U CZ25629U1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 System of instrumented measuring of indenter indentation parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201327713U CZ25629U1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 System of instrumented measuring of indenter indentation parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ25629U1 true CZ25629U1 (en) 2013-07-08

Family

ID=48778911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ201327713U CZ25629U1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 System of instrumented measuring of indenter indentation parameters

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ25629U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2621935C2 (en) Indentation device, automated measurement system and method for materials mechanical properties determination by indentation method
US8621903B2 (en) Continuous or instrumented indentation device with convex bearing surface and use thereof, particularly for metal sheet indentation
US5616857A (en) Penetration hardness tester
EP3076153B1 (en) Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter
US20040020276A1 (en) Apparatus for indentation test and method for measuring mechanical properties using it
Broggiato et al. The Chaboche nonlinear kinematic hardening model: calibration methodology and validation
CN102147345A (en) Hardness test method, hardness tester, and computer-readable storage medium
RU2646442C1 (en) Method for determining physico-mechanical characteristics of modified surface layer of product material and device for it
JP2008139220A (en) Inspection method of nano-indentation test
CZ2013258A3 (en) System of instrumented measurement of indenter parameters
CZ25629U1 (en) System of instrumented measuring of indenter indentation parameters
CZ25648U1 (en) Instrumented measuring system of indenter indentation parameters
CZ25649U1 (en) Instrumented measuring system of indenter indentation parameters
Kharchenko et al. Analysis of the methods for determination of strength characteristics of NPP main equipment metal from the results of hardness and indentation measurements
Webster Fracture mechanics in the creep range
CZ25647U1 (en) Instrumented measuring system of indenter indentation parameters
CZ25407U1 (en) System of instrumented measurement of indenter indentation parameters
CZ25408U1 (en) System of instrumented measurement of indenter indentation parameters
RU2507514C1 (en) Method to assess damage of structure material
RU2204817C1 (en) Procedure establishing technical state of materials of structural members
Madhumali et al. Sensitivity Analysis of Brinell Hardness Number to Material Properties of Structural Steel: A Numerical Study
CN114935516B (en) Method for testing tensile property of metal material by ball indentation method
Socha Fatigue damage indicators based on plastic deformation
JP2003121582A (en) Evaluation method and device for stress corrosion crack
Sivaram et al. Numerical Simulation of Indentation Test Method to Evaluate Residual Strain of Metals

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20130708

MK1K Utility model expired

Effective date: 20170404