DK152311B - Fremgangsmaade og apparat til haardhedsproevning af emner - Google Patents

Description

DK 152311 B

o

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til hårdhedsprøvning af emner, ved hvilken et i et slaglegeme indgående indtrængningslegeme eller et særskilt, mod emnet anliggende indtrængningslegeme bringes 5 til anslag mod det emne, der skal prøves.

Til bestemmelse af materialehårdheder anvendes ved siden af de kendte statiske indtrængningsmetoder efter Brinell, Vickers og Rockwell i mange tilfælde desuden dynamiske prøvningsmetoder. Disse beror på, at et ind-10 trængningslegeme eller en prøvespids gennem stød- eller salgvirkning bringes i berøring med det materiale, som skal prøves, idet alt efter den pågældende metode enten den blivende deformation i materialet, anslagskraften mellem prøvespidsen og materialet, anslagsvarigheden el-15 ler den potentielle restenergi hos et slaglegeme med prøvespidsen efter dettes tilbageslag fra materialet danner et mål for hårdheden. Energien i stød- eller anslagsvirkningen vælges ved dynamiske prøvningsmetoder ofte så stor, at der forekommer blivende deformation i materialet ved 20 prøvespidsens berøring med dette.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde og et apparat til hårdhedsprøvning efter en dynamisk fremgangsmåde, ved hvilke der især opnås en hurtig gennemførelse af hårdheds-25 prøvningen med små, meget enkle prøveapparater med stor målenøjagtighed samt uafhængighed af anslagsretningen.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at indtrængningslegemets hastighed bestemmes umiddelbart før og u-middelbart efter sammenstødet, hhv. at maksimalværdien 30 af indtrængningslegemets hastighed bestemmes under selve anslaget og under tilbageslaget, og at de to bestemte værdier for hastighed sættes i forhold til hinanden for at opnå et mål for emnets hårdhed.

Når indtrængningslegemet indgår i slaglegemet 35 foretrækkes det, at dets hastigheder måles, når det befinder sig i umiddelbar nærhed af overfladen af det emne, der skal prøves.

DK 152311B

O

2

Hastigheden umiddelbart forud for anslag er i forbindelse med den foreliggende opfindelse og den efterstående beskrivelse defineret som den hastighed, som det i forhold til det fastliggende materiale bevægede slag-5 legeme med indtrængningslegeme har forud for anslaget, når det befinder sig direkte ved anslagsstedet henholdsvis i dettes umiddelbare nærhed, henholdsvis den maksimale hastighed, som et i anlæg mod materialet anbragt, særskilt indtrængningslegeme opnår under anslaget. Teoretisk nøj-10 agtigere udtrykt er det slaglegemets eller indtrængningslegemets hastighed i berøringsøjeblikket mellem indtrængningslegeme og materiale. På analog måde er hastigheden umiddelbart efter anslaget defineret som den hastighed, som det nu på grund af materialets modstand i modsat retning bevægede 15 slaglegeme med indtrængningslegeme henholdsvis selve dette har efter tilbageslaget, mens det endnu befinder sig direkte ved anslagsstedet henholdsvis i dettes umiddelbare nærhed. Teoretisk nøjagtigere udtrykt er det indtrængningslegemets hastighed i det øjeblik, det fjerner 20 sig fra materialet.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen beror på en analyse af den kendte energiligning, der ved en fjederslaganordning eksempelvis for efter stødet tilstedeværende restenergi lyder som følger: 25 2 2 m-VR C*SR + T~ “ ~2--mg-sR+ER (I> I denne ligning er: 30 m = slaglegemets masse v = slaglegemets tilbageslagshastighed

K

c = fjederkonstanten sR = slaglegemets tilbageslagsvej imod fjedervirkningen (= en del af fjedervejen) 35 g = tyngdekraftens acceleration 3

DK 152311B

O 2

m.S

Værdien —tj- er bevægelsesenergien eller den kinetiske energi af slaglegemet ved begyndelsen af tilbageslaget. Denne kinetiske energi er ved tilbageslagets slutning omsat til følgende energibestanddele: 5 2 C s R = fjedersystemets potentielle restenergi 2 mg.sR = den resterende, potentielle tyngdeenergi. Denne energibestanddel kan alt efter slagretningen være positiv, negativ eller 10 nul.

ER = den på grund af friktionspåvirkninger langs tilbageslagsvejen sR forbrugte energi. Ved tilbageslagsapparater måles tilbageslagsvejen s« som mål for hårdheden, dvs. den potentielle rest- 15 ^ enrgi's vejstørrelse. Denne værdi er ifølge ligning (I) afhængig af slagretningen og af virkningen af friktionskræfter langs tilbageslagsvejen. Måles derimod en karakteristisk størrelse for den kinetiske energi som mål for restenergien, nemlig tilbageslagshastigheden, bortfalder 20 de to vej afhængige fej lpavirknmger fuldstændigt.

Disse to fejlpåvirkninger optræder imidlertid desuden også ved frembringelsen af selve slagenergien, og nærmere bestemt ved alle dynamiske prøvningsmetoder, som det fremgår af den analoge energiligning for den 25 forud for anslaget tilstedeværende slagenergi: 2 2 c.s + mqs + E = m.v, (II) 2 “ -— z 2 I denne ligning er: 30 m, c og g = de samme størrelser som i ligning (I) s = den samlede fjedervej v = slaglegemets anslagshastighed

A

E = den på grund af friktionspåvirkning langs den samlede fjedervej forbrugte energibestanddel.

35 2 4

DK 15231 1 B

O m-VA

Værdien —^— er slaglegemets kinetiske energi umiddelbart ført anslaget. Denne energi opnås ved2om- C s sætning af fjedersystemets potentielle energi —^—, idet den potentielle tyndeenergi og friktionskræfter langs fjedervejen igen optræder som fejlstørrelser. Da slagener-5 gien ved alle de til dynamiske hardhedsprøvningsmetoder anvendte fjederslagapparater kun kan holdes konstant under forudsætning af konstante værdier for fjederkonstant og fjedervej, er den kinetiske energi, der optræder effektivt i selve anslagsstedet, ikke konstant på grund af 10 ...

virkningen af de to fej lpavirknmger.

Måler man ligeledes her anslagshastigheden v^ som mål for den kinetiske energi, så indeholder dette mål stadigvæk begge fejlpåvirkninger, dvs. at indtræng-ningslegemet eller prøvespidsen i givet fald kan ramme og slå tilbage fra anslagsstedet med forskellig hastighed. Ifølge opfindelsen bringes nu i tilslutning til hastighedsmålingerne de to hastigheder i relation til hinanden, dvs. at kvotienten ZB: dannes som karakteristisk

vA

værdi for hårdheden. Ved dannelse af denne kvotient 20 formindskes virkningen af forskelle i anslagshastigheden stærkt, idet nemlig tilbageslagshastigheden ved ikke for store ændringer af anslagshastigheden i første tilnærmelse ændrer sig proportionalt dermed. Som ligeledes brugbare, karakteristiske værdier for hårdheden kan der og-25 o så udfra de målte hastigheder eksempelvis dannes udtryk kene ΐ ~ (¾)' idet det sidste udtryk er direkte proportionalt med ændringen af den kinetiske energi under stødet.

Den fra slagretnignen hidrørende fejlpåvirkning af anslagshastigheden kan desuden yderligere formindskes væsentligt, idet slaglegemets masse og den hastighed,

DK 152311B

O

5 hvormed denne masse bliver bevæget af en vilkårlig energikilde, afpasses således i forhold til hinanden, at den i slaglegemet forud for anslaget foreliggende kinetiske e-nergi er stor i sammenligning med de positive eller ne-5 gative energikomponenter, som slaglegemets masse er underkastet på grund af tyngdens virkning.

Opfindelsen angår tillige et apparat til udøvelse af fremgangsmåden med et indtrægningslegeme, der kan bringes til anslag mod et emne, og med et hus, i 10 hvilekt indtrængningslegemet og slaglegemet er anbragt, og i givet fald med en gribeindretning for slaglegemet, hvilket apparat er ejendommeligt ved, at det er forsynet med en omsætter til omsætning af indtrængningslegemets hastigheder til elektriske signaler, og at der til 15 udgangen fra denne omsætter er tilsluttet en indretning til vurdering af sådanne signaler, og som er indrettet til at dannet et mål for emnets hårdhed.

Yderligere udførelsesformer for og foretrukne træk hos apparatet ifølge opfindelsen er angivet i de 20 uselvstændige krav 4-9.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere ud fra foretrukne udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et længdesnit gennem et hårdheds-25 prøveapparat ifølge opfindelsen, fig. 2 et diagram med et typisk udgangssignal fra omsætteren, fig. 3 et elektrisk blokdiagram over et i forbindelse med vurderingen af omsætterens signaler anvendt 30 måle- og viserapparat, og fig. 4 et længdesnit gennem den forreste del af et hårdhedsprøveapparat med adskilt anbringelse af slaglegeme og indtrængningslegeme.

Det i fig. 1 viste hårdhedsprøveapparat har et 35 forreste, rørformet hus 4, hvis åbne, forreste ende ved hårdhedsprøvningen anbringes vinkelret på en overflade 15 6

O

DK 15231 1 B

af det materiale, som skal prøves. I huset 4, hvis indvendige flade danner en føring, er et slaglegeme 2 og en skruetrykfjeder 5 lejret forskydeligt i længderetningen. Det cylindrisk udformede slaglegeme er dels fast 5 forbundet ved dets forreste ende med et indtrængnings-legeme i form af en prøvekugle 1, og medfører dels og stift forbundet dermed en cylindrisk permanentmagnet 3 med aksial polanbringelse 3a og 3b. Prøvekuglen 1 består af hærdet stål eller et andet egnet, hårdt materi-10 ale, der er i stand til at kunne trykkes ind i det materiale, hvis hårdhed skal prøves eller måles.

Ved dets bageste ende indeholder slaglegemet en aksial, cylindrisk boring 2a til optagelse af spidsen 8 af en spændetang, hvilken spids kan indføres i den cy-15 lindriske boring over en indføringskonus 2b i denne. Trykfjederen 5, der i fig. 1 er vist i afspændt tilstand, tjener til frembringelse af slagenergien, som må være så stor, at der efter indtrængning af prøvekuglen 1 i det materiale, som skal prøves, forekommer blivende 20 deformation i dette. Overføringen af fjederkraften til slaglegemet sker over dettes bageste endeflade 2c. Huset 4 er ved dets bageste ende forbundet med en styrebøsning 6, i hvis boring en spændetang 7 er lejret forskydeligt i længderetningen. Den bageste ende af spænde-25 tangen er gennem et dæksel 10 fast forbundet med et bageste rørformet hus 11, som igen er lejret forskydeligt i længderetnirigen på det forreste hus. Den forreste ende af spændetangen, som er udformet radialt fjedrende ved hjælp af krydsvis i forhold til hinanden anbragte læng-30 despalter, har som specielle organer spændetangsspidsen 8 og en udløser 9.

Spidsen 8 af spændetangen består af fire i retning fremad konisk forløbende skuldre 8a, som, efter at spændetangens spids er indført i den cylindriske boring 35 2a, tjener som medbringere for slaglegemet.

O

7

DK 152311 B

Udløseren 9 består af en anlægskonus 9a og et endeanslag 9b. Anlægskonussens opgave består i ved tilbageføring af spændetangen at sammetrykke dennes fjedrende arme således, at spændetangens spids igen frigiver det medbrag-5 te slaglegeme. Til begrænsning af spændetangens tilbagebevægelse tjener endeanslaget 9b, der med henblik herpå ligger an imod endefladen 6a på styrebøsningen 6. I det bageste hus 11 er anbragt en yderlgiere skruetrykfjeder 12, som bestandigt befinder sig under forspænding, 10 og hvis ender er i anlæg mod henholdsvis styrebøningen 6 og dækslet 10, og som bestandigt trykker den med dette dæksel forbundne spændetang bagud til anlæg imod ende-anslaget 9b. Forspændingen af fjederen 12 er mindst lige så stor som fjederkraften af den forreste fjeder 5 15 inklusive den ved indføringskonussen 9a forekommende modstand.

Endvidere er der på ydersiden af det forreste hus 4 anbragt en i den holder 13 værende spole 14 således, at spoleaksen x-x, når slaglegemet netop kommer til 20 anslag, tilnærmelsesvis falder sammen med den forreste ende 3a af permanentmagneten. Til nøjagtigere indstilling af spoleaksen i forhold til den forreste polende kan den todelt udformede holder 13 eksempelvis forskydes på et gevind på det forreste hus 4. Spolen 14 er forbun-25 det med måle- og viseapparatet 17 gennem ledninger 16a, 16b.

Fig. 2 viser et typisk forløb af de i omsætteren 3,14 frembragte spændinger U, som fremkommer ved indstikning af den sammen med slaglegemet bevægede permanentmag-30 net i spoleområdet og ved dens genudtagning af dette.

Spændingsforløbet er af hensyn til en forenklet gengivelse vist som funktion af tiden t, idet tidsafsnittet t^ gengiver slaglegemets nærmelse til anslagsstedet, og tidsafsnittet t2 gengiver tilbageslagsfasen. Selve tiden 35 mellem anslag og tilbageslag, den egentlige anslagsvarighed, er i forhold til tidsafsnittene t^ og t2 så lille,

DK 152311 B

8

O

at denne i fig. 2 med A, R betegnende tildragelse er gengivet som foregående samtidigt. Maksimalværdierne + Umax, - Umax optræder som funktion af en bestemt, indbyrdes stilling mellem spoleaksen x-x og magnetenden 5 3a og er direkte proportionale med hastigheden af det på dette sted værende med magneten stift forbundne slaglegeme. I fig. 2 optræder disse maksimalværdier kort forud for anslaget henholdsvis efter tilbageslaget, dvs. at slaglegemet, når dets hastighed omsættes til den der-10 med proportionale, elektriske spænding, således er i u-middelbar nærhed af anslagsstedet. Indstillingen af den på huset 4 forskydelige spole kan imidlertid vælges således, at forekomsten af maksimalværdierne falder sammen med det i fig. 2 ved A, R betegnende anslag, hvilket 15 betyder, at slaglegemets hastighed måles direkte ved anslaget henholdsvis tilbageslaget.

Det i fig. 3 viste elektriske blokdiagram for måle- og viseapparatet omfatter en forstærker 17' og 2 spidsværdilagre 18,18', hvis lagerværdier ledes som 20 indgangsværdier til en af en styredel 19' styret A/D

trekantomsætter 19, hvor den digitale kvotient af tilbageslagshastigheden og anslagshastigheden dannes, som gengives ved hjælp af en tæller og en viseranordning 21.

Hårdhedsprøveapparatet arbejder på følgende måde: 25 Ved hårdhedsbestemmelsen af et emne anbringes den forreste ende af huset 4 vinkelret på overfladen 15 af det emne, som skal prøves, og fastholdes med den ene hånd på holderen 13, mens den anden hånd trykker det bageste hus 11 og den med dette over dækslet 10 fast forbundne spæn-30 detang 7 til indtrængning af spidsen 8 af spændetangen i slaglegemets boring 2 i retning mod materialet. Ved tilbagebevægelsen af spændetangen 7, der sker som følge af virkningen af den forspændte fjeder 12 ved blot at af= laste trykekt på det bageste hus 11, medbringes slaglege-35 met 2 og spænder derved fjederen 5. Yderligere bevægelse i retning tilbage medfører ved indtrængning af konussen 8a i boringen i styrebøsningen 6 en sammentrykning af

O

9

DK 152311B

spændetangens spids 8, hvorved slaglegemet 2 og dermed prøvekuglen 1 frigives og slås imod materialet, som skal prøves, af den spændte fjeder 5. De hastigheder, som slaglegemet herved opnår umiddelbart før og efter 5 anslaget, omsættes på den foran beskrevne måde til dermed proportionale elektriske spændinger, som måles og videre-bearbejdes af det i fig. 3 viste måle- og viseapparat.

Den herved fortrinsvis som kriterium for hårdheden dannede kvotient af de to hastigheder er bestandig 10 mindre end 1, og bevæger sig eksempelvis for den af stål dannede materialegruppe ved en bestemt kombination af indtrængningslegemets art og slagenergi mellem 0,300 og 0,800.

Den foretrukne udførelsesform form for slagle-15 gemet er ganske vist en sådan, hvor slaglegemet og indtrængningslegemet tilsammen danner en enkelt del. Det er imidlertid uden videre muligt at udforme slaganordningen således, at slaglegemet og indtrængningslegemet danner fra hinanden adskilte dele,af hvilke kun slaglegemet 20 bliver bevæget, og indtrængningslegemet ligger an på materialet, som skal prøves.

Den i fig. 4 viste udførelsesform for hårdhedsmåleapparatet ifølge opfindelsen viser den adskilte anbringelse af et slaglegeme 24 og et indtrængningslegeme 25 22 til måling af maksimalhastighederne af indtrængnings- legemet 22. Ved denne udførelsesform er en permanentmagnet 23 indbygget i indtrængningslegemet 22. Indtrængningslegemet 22 består her af en bolt af hærdet stål med kugleformet tilslebet forreste del. Slaglegemet 24 har 30 eksempelvis ligeledes et cylindrisk tværsnit og er ligesom indtrængningslegemet 22 lejret forskydeligt i længderetningen i et rørformet hus 25. Massen af slaglegemet 24 kan være lige så stor som eller større end massen af indtrængnings legemet 22. Den bageste, i fig. 4 ikke viste ende af slaglegemet 24 kan være udført som den i fig. 1 viste, samlede indretning til frembringelse af 10

DK 152311 B

o slaget. På tilsvarende måde som i fig. 1 er i fig. 4 den i holderen 27 værende spole 26 forbundet med et måler- og viseapparat 29 gennem lednigner 28a og 28b.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til hårdhedsprøvning af emner, ved hvilken et i et slaglegeme (2) indgående indtrængningslegeme (1) eller et særskilt, mod emnet anliggende 5 indtrængningslegeme (22) bringes til anslag mod det em ne (15), der skal prøves, kendetegnet ved, at værdien af indtrængningslegemets (1) hastighed bestemmes umiddelbart før og umiddelbart efter sammenstødet, hhv. at maksimalværdien for indtrængningslegemets (22) hastig- 10 hed bestemmes under selve anslaget og under tilbageslaget, og at de to bestemte værdier for hastighed sættes i forhold til hinanden for at opnå et mål for emnets hårdhed.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hastighederne af slaglegemet (2) med ind- 15 trængningslegemet (1) måles, når indtrængningslegemet (1) befinder sig i umiddelbar nærhed af overfladen af det emne (15), der skal prøves.

3. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 med et indtrængningslegeme (1,22), der kan 20 bringes til anslag mod et emne (15), og med et hus (4,25) i hvilket indtrængningslegemet (1,22) og slaglegemet (2, 24. er anbragt, og i givet fald med en gribeindretning (8,2a) for slaglegemet (2,22), kendetegnet ved, at apparatet er forsynet med en omsætter (3,14,23, 25 26) til omsætning af indtrængningslegemets (1,22) ha stigheder til elektriske signaler, og at der til udgangen fra denne omsætter er tilsluttet en indretning (17; 29. til vurdering af sådanne signaler, og som er indrettet til at danne et mål for emnets (15) hårdhed.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at omsætteren er udført som en elektromagnetisk signalgiver, hvis kerne (3,23) er fast forbundet med indtrængningslegemet (1;22), og hvis spole (14,26) er anbragt på huset (4,25).

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at indtrængningslegemet indgår i slaglegemet (2), i- O DK 152311 B det der i dettes mod emnet (15) vendende endeflade er indsat en prøvekugle (1).

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den elektromagnetisk signalgivers kerne (3) er fast 5 forbundet med slaglegemet (2) (fig. 1).

7. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at indtrængningslegemet er udformet som en bolt (22), hvis endeflade, der samvirker med emnets overflade, er udformet sfærisk, og at denne bolt (22) er eftertilsluttet et slagle- 10 gerne (24) (fig. 4) .

8. Apparat ifølge ethvert af kravene 3-7, k e n-detegnet ved, at der er tilvejebragt et elektrisk kredsløb, som er tilsluttet til udgangen fra spolen (14,26) i den elektromagnetiske omsætter, og at dette elektriske kredsløb 15 består af en forstærker (17')/ to spidsværdilagre (18,18') og en trekantomsætter (19) med en styreenhed (19'), der er koblet i serie.

9. Apparat ifølge krav 5 eller 7, kendetegnet ved, at der i huset (4;25) er anbragt en styrebøsning (6) 20 og en spændetang (7), at spændetangen (7) er lejret længdeforskydeligt i styrebøsningen (6), at slaglegemet (2,24) er fjederbelasteligt i forhold til styrebøsningen (6), og at der i slaglegemet er udformet en udsparing (2a), som er indrettet til optagelse af spændetangens (7) spids (8). 30 35