DD218460A1

DD218460A1 - METHOD AND APPARATUS FOR REGISTERING OPERATION OF CONVENTIONAL HAIR TEST UNITS

Info

Publication number: DD218460A1
Application number: DD24948483A
Authority: DD
Inventors: Fritz Froehlich; Peter Grau; Guenter Kluge; Matthias Petzold; Michael Debes; Wilfried Hesse
Original assignee: Univ Halle Wittenberg
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1983-04-04
Publication date: 1985-02-06

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.The invention relates to the field of material testing by means of Haertemessung. The aim of the invention is a method and an apparatus for carrying out the recording hardness test method (for example according to DD-PS No. 121 386) on existing or newly designed conventional hardness testers. The essence of the invention consists in a self-contained unit for the continuous detection of load and penetration depth during the generation of the impression, which takes place independently by a force-generating element. The unit can be easily combined with conventional hardness testers without restricting its own functionality and that of conventional equipment. The fields of application of the invention are identical to those of the conventional or recording Haertemessung and can be extended by combined use of the two Haertemessmethoden versatile. There is no restriction on special indentors or test specifications.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum registrierenden Betrieb konventioneller Härteprüfgeräte - Method and apparatus for registering conventional hardness testers -

Anwendungsgebiet der Erfindung ' . Field of application of the invention '.

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. . The invention relates to a method and a device for registering operation of conventional hardness testers. Furthermore, the invention enables a computer-controlled Er-. determination of the penetration hardness of solid materials with tiger penetrators and affects all the applications and objects that are also the conventional impression hardness test accessible. An extension of the field of application results for the materials in which conventional hardness testing was not possible because the geometric dimension of the impression due to insufficient reflection of the surface, lack of surface flatness or almost complete elastic resilience of the impression could not be measured with the light microscope. ,

Characteristic of the known technical solutions

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 GrundeA registering hardness test arrangement based on the principle of continuous measurement of force and penetration depth was developed by the authors for measuring the indentation hardness under load as an additional unit for modern (electronically controlled) material testing machines (DD-PS Fr. 121386). The design of the hardness test assembly as an add-on unit for material testing machines has been chosen to take advantage of the parameters of modern material testing machines, such as sensitive load transducers and programmable traverse feed for registering hardness measurement. For this reason

-²- .ZAy 4ö 4 υ- ² - .ZAy 4ö 4 υ

ist die Härteprüfanordnung aber nicht als eigenständige Meßeinrichtung einsetzbar. .However, the hardness test arrangement can not be used as an independent measuring device. ,

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.The lack of a light microscope to the previous selection, the point of impact of the indenter, proves to be a defect, so that peculiarities of the indentation can not be judged or specifically selected before the test.

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.The ultramicrohardness tester of M · ETishibori and K. Kinosita (Thin Solid Films 48 (1978) 325-31) operates on the principle of registering penetration depth measurement, which is applied load-wise, but not continuously, but with discrete pieces of furniture which are fixed values between 1 and 100 g are fixed "The use of a microscope to determine the impression area or the subsequent optical evaluation of the impression is not; intended.

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. ·The automatic hardness testing machine BRIRO BEH 2 of the company Georg Reicherter, Esalingen / Germany, enables an electronic force and Sindringtiefernessung. Their operation is based on the Rockwell hardness test in 2 fixed load stages (1.875 and 10 kii). Also on this device, the use of a Xemich microscope is not provided. ·

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).A registering hardness tester with continuous force and penetration depth measurement was used in combination with a light microscope at the Institute of Metallurgy "AA Baikov" of the Academy of Sciences of the USSR (G.T.Kalei, BZ Aljechin, GS Berlin, A.B · Isaev developed Ή. T. Kolosowa, WT Merkulov, B. ΪΓ. Skvortsov, 1971). The device is limited to the I / Iikrolastbereich (<2 U). A coupling with a conventional hardness tester does not exist, so that no direct comparison of the hardness values measured under load with the registering arrangement to the hardness values determined according to the present standards for hardness measurement (eg ₀ ST RGV / 470-77 for hardness measurement according to the Yickers method).

Ziel der Erfindung-' Aim of the invention '

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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. _ .The aim of the invention is a method and an apparatus for carrying out the method for registering operation of conventional hardness testers, which operate independently of ko'stenintensiven material testing machines or a new basic structure as a separate unit using all the advantages of the registering method according to DD-PS Fr 121386 and thus considerably increase the informative value of the hardening process without great economic effort. _.

Explanation of the essence of the invention

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. . . ·The invention is based on the object to develop a registering 'hardness test arrangement, which is based on the principle of Eindringtief measurement and represents a self-contained independent measuring device. The force generation, force transmission and force measurement also has to be done by independent units continuously and for all occurring load ranges. In addition, the development of the auxiliary unit is to be solved so that it can be easily combined with conventional hardness testers, without restricting the own punctuality or the 'conventional device. It should be done so that the microscope of the conventional device can be used with equality and with the same reproducibility for the Ausv / shl the indentation and the measurement of 'imprint size for the registering auxiliary unit. , , ·

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-According to the invention, the registering hardness measuring arrangement consists of a force measuring element whose load-introducing axis is connected to the selected indenter. The load range of the force measuring element is adapted to the specific measuring task - and corresponds to the Uennlast of the conventional hardness measuring device provided for combination upwards. The electromechanical transducer for measuring the indentation depth of the indenter is fastened so that there is no frictional connection to the indenter axis. The reference point of the displacement measurement is the sample surface which is 'sensed' by a stylus of the displacement measuring element. In contact

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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.·loose state, the probe is offset by a gerin'ge distance against the Eindringkörperspitze, so that the distance measuring device, always the first contact with the sample surface has. The force and displacement measuring elements are housed in a closed housing, which can be attached to a conventional hardness tester via an adapter.

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.Essential for the selection of a suitable conventional hardness tester are separate assemblies for the indenter including load device and the light microscope. The device for reproducible positioning of the microscope or the Eindringkcrpers above the indentation is so.erweitert that even the auxiliary unit can be positioned reproducibly on the preselected indentation. The introduction of force for the registering hardness measurement is done by a force-generating feed unit, which is operated via an external drive, shock- and vibration-free. The force-generating feed unit is mounted on the sample table, the conventional hardness tester and in turn contains fasteners for the sample. The mode of operation of the described device for operation as a registering and / or conventional hardness tester is explained in the exemplary embodiment.

embodiment

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. . .The exemplary embodiment is explained on an impression hardness measuring device of the company ZWlCK / Einsingen near Ulm, Germany, which has been used successfully for a long time in different areas of measuring technology, and which is shown achematically in plan view in FIG from the device base 1 with the vertical solid guide column 2, the guide column annularly enclosing pivoting device with height adjustment 3, an arm 4 with the load device 5 for the indenter and an arm 6, which carries the light microscope 7..

Der Winkel zwischen den beiden Armen 4 und 6 legt die justierbar einstellbaren Anschläge der Schwenkeinrichtung so fest,The angle between the two arms 4 and 6 defines the adjustable adjustable stops of the pivoting device so

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daß der Eindringkörper und das Mikroskop durch Schwenken reproduzierbar auf eine auf der Probenoberfläche festgelegte Stelle A eingestellt werden kann.that the indenter and the microscope can be adjusted by pivoting reproducible to a specified on the sample surface point A.

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.Lifting the arms 4 and β is shown in Fig. 1 a relative to the conventional device additional arm 8, which is connected via an adapter 9 with the pivoting device and according to the invention for registering hardness measurement suitable force Eindringtiefemeßeinrichtung 10 (hardness measuring cell called) carries.

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, ,The hardness measuring cell is shown schematically in Fig. 2 in side view. It is rotationally asymmetric. In the housing 11, the upper cover plate is centrally attached to a Eraftmeßeinrichtung 12 whose axis 13 carries both the interchangeable indenter 14 and the spool core 15 of the inductive displacement transducer. The bobbin 16 of the inductive displacement transducer is supported by the two springs 17, which simultaneously guarantee an extremely soft and exclusively axial movement of the Wegaufnehmererspule by their special design with high lateral stiffness. The Wegaufnehmererspule is connected to an annular button 18,,

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.The sample 19 is arranged on a gate pushing unit 21 fastened on the sample table 20. This pre-assembly unit pneumatically moves the sample against the indenter on the hardness measuring cell.

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.By this process (process of the registering hardness measurement), the probe 18 touches the sample surface before the indenter and moves with further feed the bobbin almost force-free relative to the bobbin (Wegregistrierung). As the sample advances further, the indenter also touches the sample surface and thereby sets the ITull point for the depth of the Sindring. The force required to produce the impression is detected by the force measuring element 12. These measured values of force and penetration depth are registered digitally or analogously. They are the decisive parameters of the registrant. Hardness measurement.

Durch eine konstruktive Erweiterung der zur vorgesehenen. Schwenkeinrichtung des verwendeten Härteprüfgerätes sind erfindungsgemäß zwei Betriebsarten möglich, die durch einen ein-Through a constructive extension of the intended. Swiveling device of the hardness tester used two modes of operation are possible according to the invention, which are characterized by a

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fachen Handgriff wahlweise eingestellt werden können:fold handle can be optionally set:

1. Konventionelle Härtemessung (Betriebsart 1):1. Conventional Hardness Measurement (Mode 1):

Die Schwenkeinrichtung wird in die Stellung "konventionelle Härtemessung" gebracht und mit dem Meßmikroskop 7 die Ein-The pivoting device is brought into the position "conventional hardness measurement" and with the measuring microscope 7 the input

. druckstelle "A" auf der Meßprobe ausgesucht., selected pressure point "A" on the test sample.

Zur Erzeugung des Härteeindruckes wird der Belastungsarm 4 über die Position A geschwenkt, und der Eindruck auf kon-To generate the impression of hardness, the loading arm 4 is pivoted over the position A, and the impression on the

.' ventionelle Art erzeugt. Der Eindruck wird nach Rückschwenken des Mikroskoparmes 6 ausgemessen.. ' produces a conventional type. The impression is measured after pivoting back of the microscope arm 6.

,2. Registrierende Härtemessung (Betriebsart 2):; 2. Recording hardness measurement (operating mode 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.The pivoting device is placed in the position "registering hardness measurement" and with the measuring microscope 7 a to . Position A immediately adjacent point selected. Thereafter, the hardness measuring cell 10 is pivoted about this position and produced by upward movement of the sample by the Yorschubeinheit a hardness impression and registered to the force-penetration depth measurements. Following the impression experiment, the impression after pivoting back the microscope can be visually inspected.

Claims

invention claims

1. "A method for registering-operation of conventional hardness testers characterized in that conventional hardness testers are extended to independently registering hardness measurement according to the principle of Eindrücktiefemessung using suitable assemblies conventional hardness testing, the optical device for conventional impression hardness measurement at the same time to select the object to be tested and the subsequent assessment of the impression produced by the recording measurement is used.

C 2. Apparatus for carrying out the method, characterized in that either a hardness test arrangement, consisting of the modules light microscope (A) for observation and measurement 'of the impression generated, a loading arrangement (B) for the conventional generation of the impression, a feed device (C) for load introduction into the indenter body and a hardness measuring cell (D) for the continuous detection of load and penetration depth created during the creation of the impression or that a conventional hardness measuring device for detecting the penetration hardness, consisting of the assemblies light microscope (A) and a loading arrangement (B) through the assembly feed unit (C) for load introduction into the indenter and hardness measuring cell (B)

v- is extended for the continuous detection of load and penetration depth during impression production, wherein the assemblies (A, B and D) are reproducibly positioned to the assembly (C).

3. A device according to item 2, characterized in that the hardness measuring cell from a force measuring element, an interchangeable attached to the force measuring indenter and. _: a transducer, with connected probe, housed in a sealed housing. "

hierzu- A Serie this- A series