DD218460A1 - Verfahren und vorrichtung zum registrierenden betrieb konventioneller haertepruefgeraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffpruefung mittels Haertemessung. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des registrierenden Haertepruefverfahrens (z. B. nach DD-PS Nr. 121 386) an bereits vorhandenen oder neu zu konzipierenden konventionellen Haertepruefgeraeten. Das Wesen der Erfindung besteht in einer in sich geschlossenen Einheit zur kontinuierlichen Erfassung von Last- und Eindringtiefe waehrend der Erzeugung des Eindruckes, der durch ein krafterzeugendes Element selbstaendig erfolgt. Die Einheit kann mit konventionellen Haertepruefgeraeten problemlos kombiniert werden, ohne die eigene Funktionstuechtigkeit und die des konventionellen Geraetes einzuschraenken. Die Anwendungsgebiete der Erfindung sind identisch mit denen der konventionellen bzw. registrierenden Haertemessung und koennen durch kombinierten Einsatz der beiden Haertemessmethoden vielseitig erweitert werden. Irgendeine Beschraenkung auf spezielle Eindringkoerper oder Pruefvorschriften besteht nicht.

Description

-λ-

24 9484 O

Verfahren und Vorrichtung zum registrierenden Betrieb konventioneller Härteprüfgeräte -

Anwendungsgebiet der Erfindung ' .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum registrierenden Betrieb konventioneller Härteprüfgeräte. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine rechnergesteuerte Er-. mittlung der Eindringhärte von festen Werkstoffen mit belie- ; bigen Eindringkörpern und betrifft all die Anwendungsgebiete und Objekte, die auch der konventionellen Eindruckhärteprüfung zugänglich sind. Eine Erweiterung des Anwendungsgebietes ergibt sich für die Werkstoffe, bei denen bisher konventionelle Härteprüfung nicht möglich war, weil die geometrische Abmessung des Eindruckes wegen unzureichender Reflexion der Oberfläche, mangelnder Ebenheit der Oberfläche oder nahezu vollständiger elastischer Rückfederung des Eindruckes mit dem Lichtmikroskop nicht vermessen werden konnte. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine registrierende Härteprüfanordnung nach dem Prinzip der kontinuierlichen Messung von Kraft und Eindringtiefe wurde von den Autoren zur.Messung der Eindringhärte unter Last als Zusatzeinheit für moderne (elektronisch gesteuerte) Werkstoffprüfmaschinen entwickelt (DD-PS Fr. 121386). Die Konzipierung der Härteprüfanordnung als Zusatzeinheit für Materialprüfmaschinen wurde gewählt, um die Parameter moderner Materialprüfmaschinen, wie empfindliche Meßwertwandler für die Kraftmessung und einen programmgesteuerten Traversenvorschub für die registrierende Härtemessung nutzen zu können. Aus diesem Grunde

-²- .ZAy 4ö 4 υ

ist die Härteprüfanordnung aber nicht als eigenständige Meßeinrichtung einsetzbar. .

Als Mangel erweist sich das Fehlen eines Lichtmikroskopes zur vorherigen Auswahl, der Auftreffstelle des Eindringkörpers, so daß Besonderheiten des Eindruckgebietes vor der Prüfung nicht beurteilt oder gezielt ausgewählt werden können.

Der-Ultramikrohärtetester von M· ETishibori und K. Kinosita (Thin Solid Films 48 (1978) 325-31) arbeitet nach dem Prinzip der registrierenden Eindringtiefemessung, die Lastaufgabe erfolgt, aber nicht kontinuierlich, sondern mit diskreten Mötssestücken, die auf feste Werte zwischen 1 und 100 g festgelegt sind« Der Einsatz eines Mikroskops zur Festlegung des Eindruckgebietes oder der nachträglichen optischen Auswertung des Eindruckes ist nicht; vorgesehen.

Die automatische Härteprüfmaschine BRIRO BEH 2 der Firma Georg Reicherter, Esalingen/BRD, ermöglicht eine elektronische Kraft-und Sindringtiefernessung. Ihr Betrieb basiert auf der Rockwell^Härteprüfung in 2 festen Laststufen (1,875 und 10 kii). Auch an diesem Gerät ist der Einsatz eines Xichtmikroskopes nicht vorgesehen. ·

Ein registrierendes.Härteprüfgerät mit kontinuierlicher Kraft- und Eindringtiefemessung-wurde in-Kombination mit einem Lichtmikroskop am Institut für Metallurgie "A. A. Baikov" der Akademie der Wissenschaften der UdSSR (G. IT. Kalei, B. Z. Aljechin, G. S. Berlin, A. B· Isajew, Ή. T. Kolosowa, W. T. Merkulov, B. ΪΓ. Skworzow, 1971) entwickelt. Das Gerät ist auf den I/Iikrolastbereich (< 2 U) beschränkt. Eine Kopplung mit einem konventionellen Härteprüfgerät besteht nicht, so daß kein direkter Vergleich der unter Last mit der registrierenden Anordnung gemessenen Härtewerte zu den Härtewerten erfolgen kann, die nach den vorliegenden Standards für die Härtemessung ermittelt werden (z. B₀ ST RGV/ 470-77 für Härtemessung nach dem Yickersverfahren).

Ziel der Erfindung-'

249484 O

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum registrierenden Betrieb konventioneller Härteprüfgeräte, die unabhängig von ko'stenintensiven Materialprüfmaschinen oder einem, neuen Grundaufbau als selbständige Einheit unter Nutzung aller Vorteile des registrierenden Verfahrens nach DD-PS Fr. 121386 arbeiten und damit die Aussagekraft der Härteverfahren ohne großen ökonomischen Aufwand beträchtlich erhöhen. _ .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine registrierende 'Härteprüfanordnung zu entwickeln, die auf dem Prinzip der Eindringtief emessung beruht und eine in sich geschlossene eigenständige Meßeinrichtung darstellt. Die Krafterzeugung, Krafteinleitung und Kraftmessung hat ebenfalls durch selbständige Einheiten kontinuierlich und für alle vorkommenden Lastbereiche zu erfolgen. Außerdem ist die Entwicklung der Zusatzeinheit so zu lösen, daß sie problemlos mit konventionellen Härteprüfgeräten kombiniert werden kann, ohne die eigene Punktionstüchtigkeit oder die' des konventionellen Gerätes einzuschränken. Dabei ist so vorzugehen, daß das Mikroskop des konventionellen Gerätes gleichberechtigt und mit gleicher Reproduzierbarkeit auch für die Ausv/shl der Eindruckstelle und die Vermessung der 'Eindruckgröße für die registrierende Zusatzeinheit benutzt werden kann. . . ·

Erfindungsgemäß besteht die registrierende Härtemeßanordnung aus einem Kraftmeßelement, dessen lasteinleitende Achse mit dem gewählten Eindringkörper verbunden ist. Der Lastbereich des Kraftmeßelements wird der speziellen Meßaufgabe angepaßt -und entspricht nach oben der Uennlast des zur Kombination vorgesehenen konventionellen Härtemeßgerätes. Der elektromechanisch^ Meßwert- wandler zur Messung der Eindringtiefe des Indenters wird so befestigt, daß kein Kraftschluß zur Indenterach.se besteht. Bezugspunkt der-Wegmessung ist die Probenoberfläche, die durch einen Taster des· Wegmeßelementes-erfühlt'wird. Im berührungs-

24 9 48 4 O

losen Zustand ist der Taster gegen die Eindringkörperspitze um eine gerin'ge Distanz versetzt, so· daß die Wegmeßeinrichtung bei Proben-Vorschub, immer zuerst Kontakt zur Probenoberfläche hat. Kraft- und Wegmeßelement sind in einem geschlossenen Gehäuse· untergebracht,, das über einen Adapter an einem konventionellen Härteprüfgerät befestigt werden kann.·

Wesentlich für die Auswahl eines geeigneten konventionellen Härteprüfgerätes sind getrennte Baugruppen für den Eindringkörper einschließlich Belastungseinrichtung und das Lichtmikroskop. Die Vorrichtung zur reproduzierbaren Positionierung des Mikroskops bzw. des Eindringkcrpers über der Eindruckstelle wird so.erweitert, daß auch die Zusatzeinheit über der vorgewählten Eindruckstelle reproduzierbar positioniert werden kann. Die Krafteinleitung für die registrierende Härtemessung geschieht über eine krafterzeugende Vorschubeinheit, die über einen externen Antrieb,stoß- und erschütterungsfrei betrieben wird. Die krafterzeugende Vorschubeinheit ist auf dem Probentisch, des konventionellen Härteprüfers befestigt und enthält ihrerseits Befestigungselemente für die Probe. Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung zum Betrieb als registrierendes und/oder konventionelles Härteprüfgerät wird am Ausführungsbeispiel erläutert.

Ausführungsbeispiel

Das Ausführungsbeispiel wird an einer seit langer "Zeit in· verschiedenen Bereichen der Meßtechnik mit Erfolg eingesetzten Eindruckhärtemeßeinrichtung der Firma ZWlCK/Einsingen bei Ulm, BRD,, erläutert, .die in Abb. 1 achematisch in Aufsicht darge-, stellt ist. Sie'besteht aus dem Gerätesockel 1 mit der dazu senkrechten massiven Führungssäule 2, der die Führungssäule ringförmig umschließenden Schwenkeinrichtung mit Höhenverstellung 3, einem Arm 4 mit der Belastungseinrichtung 5 für den Eindringkörper und einen Arm 6, der das Lichtmikroskop 7 trägt. . .

Der Winkel zwischen den beiden Armen 4 und 6 legt die justierbar einstellbaren Anschläge der Schwenkeinrichtung so fest,

24 9 48 4 O

daß der Eindringkörper und das Mikroskop durch Schwenken reproduzierbar auf eine auf der Probenoberfläche festgelegte Stelle A eingestellt werden kann.

Heben den Armen 4 und β ist in Abb. 1 ein gegenüber der konventionellen Einrichtung zusätzlicher Arm 8 dargestellt, der über einen Adapter 9 mit der Schwenkeinrichtung verbunden ist und erfindungsgemäß eine zur registrierenden Härtemessung geeignete Kraft-Eindringtiefemeßeinrichtung 10 (Härtemeßdose genannt) trägt.

Die Härtemeßdose ist in Abb. 2 in Seitenansicht schematisch dargestellt. Sie ist rotationasymmetrisch aufgebaut. Im Gehäuse 11 ist ah der oberen Deckplatte zentral eine Eraftmeßeinrichtung 12 befestigt, deren Achse 13 sowohl den auswechselbaren Indenter 14 als auch den Spulenkern 15 des induktiven-Wegaufnehmers trägt. Der Spulenkörper 16 des induktiven Wegaufnehmers wird durch die beiden Federn 17 getragen, die durch ihre spezielle Ausführung bei hoher Seitensteifigkeit gleichzeitig eine extrem weiche und ausschließlich axiale Bewegung der Wegaufnehmerspule garantieren. Die Wegaufnehmerspule ist mit einem ringförmigen Taster 18 verbunden, ,

Die Probe·19 ist auf einer auf dem Probentisch 20 befestigten-Torschubeinheit 21 angeordnet. Diese Vorscliubeinheit bewegt die Probe pneumatisch gegen den Indenter an der Härtemeßdose.

Durch diesen Vorgang (Prozeß der registrierenden Härtemessung) berührt der Taster 18 die Probenoberfläche noch vor dem Indenter und bewegt bei weiterem Vorschub den Spulenkörper nahezu kräftefrei relativ zum Spulenkern (Wegregistrierung). Bei weiterem Vorschub der Probe berührt auch der Indenter die Probenoberfläche und legt damit den ITullpunkt für die Sindringtiefe fest. Die zur Erzeugung des Eindrucks notwendige Kraft wird durch das Kraftmeßelement 12 erfaßt. Diese Meßwerte von Kraft und Eindringtiefe werden digital oder analog registriert. Sie sind die entscheidenden Kenngrößen der registrierenden . Härtemessung.

Durch eine konstruktive Erweiterung der zur vorgesehenen. Schwenkeinrichtung des verwendeten Härteprüfgerätes sind erfindungsgemäß zwei Betriebsarten möglich, die durch einen ein-

-⁶- 249484 O

fachen Handgriff wahlweise eingestellt werden können:

1. Konventionelle Härtemessung (Betriebsart 1):

Die Schwenkeinrichtung wird in die Stellung "konventionelle Härtemessung" gebracht und mit dem Meßmikroskop 7 die Ein-

. druckstelle "A" auf der Meßprobe ausgesucht.

Zur Erzeugung des Härteeindruckes wird der Belastungsarm 4 über die Position A geschwenkt, und der Eindruck auf kon-

.' ventionelle Art erzeugt. Der Eindruck wird nach Rückschwenken des Mikroskoparmes 6 ausgemessen.

,2. Registrierende Härtemessung (Betriebsart 2):

Die Schwenkeinrichtung wird in die Stellung "registrierende Härtemessung" gebracht und mit dem Meßmikroskop 7 eine zu . Position A unmittelbar benachbarte Stelle ausgewählt. Danach wird die Härtemeßdose 10 über diese Position geschwenkt und durch Aufwärtsbewegung der Probe durch die Yorschubeinheit ein Härteeindruck erzeugt und dazu die Kraft-Eindringtiefe-Meßwerte registriert. Im Anschluß an das Eindruckexperiment kann der Eindruck nach Rückschwenken des Mikroskops optisch begutachtet werden.

Claims (2)

1. Erfindungsansprüche

   1. "Verfahren zum registrierenden-Betrieb konventioneller Härteprüfgeräte gekennzeichnet dadurch, daß konventionelle Härteprüfeinrichtungen auf unabhängig registrierende Härtemessung nach dem Prinzip der Eindringtiefemessung unter Verwendung geeigneter Baugruppen konventioneller Härteprüfeinrichtungen erweitert werden, wobei die optische Einrichtung für konventionelle Eindruckhärtemessung gleichzeitig zur Auswahl des zu prüfenden Objektbereiches und zur nachträglichen Begutachtung des bei registrierender Messung erzeugten Eindruckes verwendet wird.

   C 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet dadurch, daß entweder eine Härteprüfanordnung, bestehend, aus den Baugruppen Lichtmikroskop (A) zur Beobachtung und Messung' des erzeugten Eindruckes, einer Belastungsanordnung (B) zur konventionellen Erzeugung des Eindruckes, einer Vorschub-Einrichtung (C) zur Lasteinleitung in den Eindring-.körper und einer Härtemeßdose (D) zur kontinuierlichen Erfassung von Last- und Eindringtiefe während der Erzeugung des Eindruckes erstellt oder daß eine konventionelle Härtemeßeinrichtung zur Erfassung der Eindringhärte, bestehend aus den Baugruppen Lichtmikroskop (A) und einer Belastungsanordnung (B) durch die Baugruppen Vorschubeinheit (C) zur Lasteinleitung in den Eindringkörper und Härtemeßdose (B)

   v- zur kontinuierlichen Erfassung von Last- und Eindringtiefe während der Eindruckerzeugung erweitert wird, wobei die Baugruppen (A, B und D) reproduzierbar zur Baugruppe (C) positioniert werden.
2. 3. Vorrichtung gemäß Punkt 2. gekennzeichnet dadurch, daß die Härtemeßdose aus einem Kraftmeßelement,einem an dem Kraftmeßelement auswechselbar befestigten Eindringkörper und . _: einem Wegaufnehmer, mit angeschlossenem Taster besteht, die in einem abgeschlossenen Gehäuse untergebracht sind."

   hierzu- A Serie