PL241138B1 - Uchwyt mechaniczny do mocowania próbki w urządzeniu do badań wytrzymałościowych - Google Patents

Abstract

Uchwyt mechaniczny przeznaczony do mocowania próbki płaskiej wykonanej z metalu lub stopu metali w urządzeniu do badań wytrzymałościowych, nadający się do przeprowadzania prób rozciągania w wysokiej temperaturze, zawierający dwa stożkowe zaciski próbki oraz kapsel w kształcie dwóch pierścieni posiadający otwór przelotowy odpowiadający kształtem i średnicą stożkowemu kształtowi zacisków, z uwzględnieniem przestrzeni pomiędzy zaciskami przeznaczonej dla próbki, charakteryzuje się tym, że każdy z zacisków (1) w kształcie połowy stożka ściętego ma płaską powierzchnię styku z próbką (4) i jest zaopatrzony w kołnierz znajdujący się po stronie większej podstawy tego stożka ściętego, przy czym w stanie złożonym uchwytu kapsel (2) opiera się o ten kołnierz, a ponadto uchwyt ten posiada nakrętkę (3), której wewnętrzna powierzchnia jest dopasowana kształtem i wymiarami do powierzchni zewnętrznej kapsla (2) tak, że w stanie złożonym część kapsla (2) o większej średnicy opiera się o tę nakrętkę (3).

Description

PL 241 138 B1

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Wynalazek dotyczy dziedziny mechanicznych systemów chwytowych przeznaczonych do mocowania próbek płaskich w urządzeniach do badań zmęczeniowych. Celem badań zmęczeniowych jest wyznaczenie parametrów charakteryzujących zachowanie się materiału pod wpływem obciążenia mechanicznego, to znaczy naprężeń rozciągających, zginających, ściskających lub ścinających. Uchwyt według wynalazku przeznaczony jest do stosowania w urządzeniach badających trwałość zmęczeniową próbki wykonanej ze stopu metalu pod wpływem rozciągania i ściskania jednokierunkowego, aż do momentu przerwania ciągłości próbki.

Bardziej szczegółowo, przedmiotem wynalazku jest mechaniczny uchwyt składający się z dwóch elementów w kształcie połowy stożka ściętego, kapsla oraz nakrętki. Uchwyt według wynalazku umożliwia prowadzenie nisko- i wysokocyklicznych badań zmęczeniowych próbek płaskich wykonanych z metali lub ich stopów, zwłaszcza w podwyższonych temperaturach, dla pełnego zakresu asymetrii cyklu.

Stan techniki

Badania wytrzymałościowe przeprowadzane są m.in. za pomocą urządzeń nazywanych zrywarkami. Zrywarka wyposażona jest w dwa uchwyty przytrzymujące naprzeciwległe końce próbek, przy czym jeden z uchwytów jest nieruchomy, natomiast drugi może poruszać się w kierunku zgodnym z dłuższą osią próbki. Do ruchomego uchwytu przykładane jest obciążenie w taki sposób, że próbka ulega rozciągnięciu, czyli odkształceniu sprężystemu i następnie odkształceniu plastycznemu, aż do momentu jej zerwania. Podczas rozciągania próbki przeprowadzane są pomiary wartości przyłożonej siły, stopnia odkształcenia i czasu. Próbka może być również poddawana wielokrotnie naprzemiennemu rozciąganiu i ściskaniu do określonej granicznej wartości naprężenia lub odkształcenia i odciążana. Badania tego typu realizuje się na dynamicznych i zmęczeniowych maszynach wytrzymałościowych. W badaniu tego rodzaju zlicza się liczbę cykli rozciąganie-odciążanie, siły, odkształcenia i czas, przy zadanej granicznej wartości naprężenia lub odkształcenia, aż do momentu zerwania próbki.

W przypadku badań w podwyższonej temperaturze, próbkę poddaje się dodatkowo działaniu wysokiej temperatury, dzięki czemu możliwe jest określenie zachowania i zmian w zachowaniu danego materiału w takich warunkach.

Ze stanu techniki znane są uchwyty typu hydraulicznego oraz mechanicznego. W zależności od rodzaju stosowanego uchwytu i wartości stosowanej temperatury, podczas badań wytrzymałościowych w podwyższonych temperaturach wykorzystuje się różne sposoby ogrzewania próbki. Najprostszym rozwiązaniem jest umieszczenie próbki w piecu w całości, wraz z zestawem chwytowym. Rozwiązanie to jednak wyklucza możliwość bezpośredniego wykorzystania zestawów chwytowych wrażliwych na wysokie temperatury, w przypadku których zachodzi konieczność zastosowania skomplikowanych i często kosztownych układów pozwalających na chłodzenie części chwytowych maszyny wytrzymałościowej. Innym sposobem poddania próbki działaniu wysokiej temperatury jest ogrzewanie wyłącznie jej części pomiarowej, to znaczy części o stałym przekroju, która znajduje się poza uchwytami, lub selektywne grzanie próbki.

Spośród znanych uchwytów próbek szczególnie wrażliwe na wysokie temperatury są uchwyty sterowane hydraulicznie. Z tego powodu, w przypadku stosowania takich uchwytów do badań w wysokich temperaturach konieczne jest konstruowanie ich w taki sposób, aby nie uległy uszkodzeniom wskutek rozszerzalności cieplnej, a także aby ciecz w nich zawarta nie została doprowadzona do temperatury wrzenia. Takie rozwiązania są zazwyczaj kosztowne i trudne w realizacji. Ponadto, w przypadku awarii uchwytu hydraulicznego niektóre z jego elementów mogą okazać się niebezpieczne i spowodować uszczerbek na zdrowiu operatora maszyny wytrzymałościowej. Awarii uchwytu hydraulicznego często towarzyszy wyciek oleju z uchwytu, który może dostać się do pieca, co w konsekwencji może nawet doprowadzić do rozniecenia pożaru. Kolejną wadą uchwytów hydraulicznych są również ich duże rozmiary i duża masa, co powoduje, że w przypadku niektórych uchwytów tego rodzaju montaż musi zostać przeprowadzony przez kilku operatorów. Częstokroć konieczne jest również zastosowanie specjalnego wyposażenia do zamontowania ciężkich uchwytów.

Uchwyty hydrauliczne dostępne są komercyjnie na przykład w ofercie firmy MTS System Corporation. Oferta obejmuje uchwyty hydrauliczne przeznaczone do badań w temperaturze pokojowej, w tym

PL 241 138 B1 dedykowane dla próbek płaskich, a także uchwyty hydrauliczne do badań w temperaturach podwyższonych. Jednak do badań w wysokich temperaturach wymagany jest dla tych uchwytów dedykowany piec, który ogrzewa jedynie część pomiarową próbki.

W związku z powyższym, stosowanie uchwytów hydraulicznych nie jest dobrym rozwiązaniem w przypadku wysokotemperaturowych badań zmęczeniowych. Przy tego rodzaju badaniach lepszym rozwiązaniem jest stosowanie uchwytów mechanicznych, które można umieścić we wnętrzu pieca, ponieważ są znacznie mniej podatne na uszkodzenia pod wpływem wysokiej temperatury. Problem jednak stanowi tu fakt, że stosowane uchwyty mechaniczne są skomplikowane w budowie i składają się z wielu części, co przekłada się na wysokie koszty wytworzenia i małą wydajność ekonomiczną produkcji. Ponadto należy mieć na uwadze, że sposób zamontowania próbki płaskiej w uchwycie mechanicznym może mieć istotny wpływ na wynik pomiaru. Przykładowo, punktowy uchwyt szczęk powoduje, że w miejscu styku szczęk z próbką może powstać niepożądane uszkodzenie próbki, lub też może nastąpić nierównomierne jej obciążenie, a tym samym wynik badania może zostać obarczony błędem.

Najbardziej zbliżone pod względem konstrukcyjnym do uchwytu mechanicznego według wynalazku są rozwiązania opisane w patencie niemieckim DE3031873 oraz patencie francuskim FR2722881.

Niemiecki patent DE3031873, stanowiący najbliższy stan techniki, ujawnia głowicę zaciskową do mocowania próbek gwintowanych w maszynach do prób wytrzymałościowych, składającą się z uchwytu z wkładaną tuleją zaciskową w kształcie ściętego stożka posiadającą gwintowany otwór. Tuleja zaciskowa składa się z dwóch lub opcjonalnie innej liczby segmentów i zwęża się w kierunku środka próbki. Otwór w uchwycie obejmującym tuleję zaciskową również jest stożkowy, natomiast sam uchwyt z zewnątrz jest cylindryczny i posiada kołnierz, który pasuje do wgłębienia w uchwycie maszyny testowej. Zasadniczą różnicą między ujawnieniem znanym z DE3031873 a przedmiotowym wynalazkiem jest fakt, że niemiecki patent dotyczy uchwytu stosowanego do mocowania próbek w kształcie cylindrycznym. W związku z tym, wspomniane rozwiązanie nie może zostać zastosowane do badań próbek płaskich. Ponadto, istotną różnicę stanowi tu brak kołnierza w zaciskach znanych ze stanu techniki, co przekłada się na ich zbyt małą wytrzymałość uchwytu i niewystarczającą stabilność umieszczonej w nim próbki. Kołnierz elementu nakładanego na zaciski jest umieszczany bezpośrednio w uchwycie maszyny testowej, co również może powodować zbyt małą stabilność i sztywność próbki.

Dokument FR2722881 ujawnia z kolei uchwyt przeznaczony do mocowania próbek płaskich, składający się z zacisków w kształcie dwóch połówek stożka ściętego oraz gwintowanej nakrętki ze stożkowym otworem, służącej do mocowania próbki do uchwytu urządzenia testowego. W tym przypadku zaciski również nie posiadają kołnierza, na którym można dodatkowo oprzeć próbkę, co sprawia, że może się okazać, że próbka nie jest wystarczająco stabilnie i sztywno zamontowana w uchwycie.

Ze stanu techniki znane są również inne uchwyty próbek płaskich. Chiński wzór użytkowy CN206876480U ujawnia urządzenie zaciskowe do próbek płaskich posiadające zaciski w kształcie stożków ściętych wzmocnione nakładką o otworze w dopasowanym do nich kształcie. Z kolei w dokumencie DE3827038 opisano uchwyt do próbek płaskich wyposażony w stożkowo ukształtowane powierzchnie stykowe szczęk zaciskowych, natomiast w chińskim patencie CN106840867 opisano uchwyt próbek płaskich zaopatrzony w dzieloną tuleję zaciskową o stożkowej powierzchni.

Istota wynalazku

Uchwyt mechaniczny przeznaczony do mocowania próbki płaskiej wykonanej z metalu lub stopu metali w urządzeniu do badań wytrzymałościowych, nadający się do przeprowadzania badań zmęczeniowych w wysokiej temperaturze, zawierający dwa stożkowe zaciski próbki oraz kapsel w kształcie dwóch pierścieni posiadający otwór przelotowy odpowiadający kształtem i średnicą stożkowemu kształtowi zacisków, z uwzględnieniem przestrzeni pomiędzy zaciskami przeznaczonej dla próbki, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że każdy z zacisków w kształcie połowy stożka ściętego ma płaską powierzchnię styku z próbką i jest zaopatrzony w kołnierz znajdujący się po stronie większej podstawy tego stożka ściętego, przy czym w stanie złożonym uchwytu kapsel opiera się o ten kołnierz, a ponadto uchwyt ten posiada nakrętkę, której wewnętrzna powierzchnia jest dopasowana kształtem i wymiarami do powierzchni zewnętrznej kapsla tak, że w stanie złożonym część kapsla o większej średnicy opiera się o tę nakrętkę.

Korzystnie, nakrętka z zewnątrz ma postać cylindra zakończonego głowicą umożliwiającą jej zakręcenie, przy czym korzystnie głowica ma kształt sześciokąta o ściętych rogach, zaokrąglonych tak, aby tworzyły kontynuację powierzchni cylindra.

Korzystnie, kapsel ma z zewnątrz kształt dwóch połączonych ze sobą obręczy o różnych średnicach, a każda z obręczy ma taką samą wysokość.

PL 241 138 B1

Korzystnie, powierzchnia wewnętrzna zacisku, będąca miejscem styku z powierzchnią próbki, jest gładka.

Alternatywnie korzystnie, powierzchnia wewnętrzna zacisku będąca miejscem styku z powierzchnią próbki jest teksturowana, to znaczy posiada fakturę zapewniającą jej lepszą przyczepność do powierzchni próbki.

Korzystnie, kołnierz zacisku jest połączony ze stożkową częścią zacisku poprzez przewężenie.

Korzystnie, każdy z elementów uchwytu jest wykonany ze stopu metali odpornego na działanie temperatur poniżej 1100°C, korzystnie ze stopu Inconel 713C.

Korzystne skutki wynalazku

Zastosowanie uchwytów mechanicznych według wynalazku umożliwia realizację badań zmęczeniowych nisko i wysoko cyklicznych w wysokich temperaturach, sięgających nawet do 1100°C, bez ryzyka wystąpienia uszkodzeń zestawu chwytowego spowodowanych wysoką temperaturą w piecu lub komorze wysokotemperaturowej. Testy z zastosowaniem opracowanego uchwytu mogą być wykonywane przy częstotliwościach wynoszących do 100 Hz. Ze względu na prostą budowę uchwytu, w przypadku uszkodzenia któregoś z jego elementów możliwe jest szybkie i tanie przygotowanie części zamiennej, przy czym uchwyty te są bezpieczne w obsłudze dla operatora zrywarki. Montaż zestawu chwytowego, ze względu na jego prostą budowę i niewielką masę, może zostać przeprowadzony z łatwością przez jednego operatora. Ponadto, koszt wytworzenia całego zestawu chwytowego jest relatywnie niski. Dodatkowym atutem opisanego zestawu chwytowego jest możliwość zamontowania próbki testowej w taki sposób, aby charakteryzowała się ona odpowiednią sztywnością, pozwalającą na realizację badań dla pełnego zakresu asymetrii cyklu, w tym w szczególności dla asymetrii cyklu R-ratio -1.

Opis figur

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania w nawiązaniu do załączonego rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia próbkę do badań zmęczeniowych pasującą do zestawu chwytowego według wynalazku.

Fig. 2 przedstawia zaciski w kształcie połówek stożka ściętego z kołnierzem, w widoku oraz w rzutach z góry i z boku, wraz z przykładowymi wymiarami elementu.

Fig. 3 przedstawia kapsel w widoku oraz w rzutach z góry i z boku, wraz z przykładowymi wymiarami elementu.

Fig. 4 przedstawia nakrętkę w widoku oraz w rzutach z góry i z boku, wraz z przykładowymi wymiarami elementu.

Fig. 5 przedstawia rysunek złożeniowy próbki zamontowanej w uchwytach, gdzie poszczególne cyfry oznaczają: 1 - zaciski;

- kapsel;

- nakrętka;

- próbka.

Fig. 6 przedstawia rysunek złożeniowy próbki zamontowanej w uchwytach w przekroju.

Fig. 7 przedstawia wykres Wohlera ilustrujący wyniki badań zmęczeniowych dla próbek wykonanych ze stopu niklu, przeprowadzonych w temp. 800 F i R-ratio -1.

Szczegółowy opis

Badania wytrzymałościowe w podwyższonych temperaturach metali i ich stopów przeprowadzane są za pomocą zrywarek, wyposażonych w dwa uchwyty, ruchomy i nieruchomy, przytrzymujące naprzeciwległe końce próbki. Próbkę poddaje się działaniu wysokiej temperatury, a do ruchomego uchwytu przykładane jest obciążenie w taki sposób, że próbka jest rozciągana aż do momentu przerwania jej ciągłości. Podczas rozciągania próbki przeprowadza się pomiary wartości przyłożonej siły, stopnia odkształcenia i czasu. Próbka może być również poddawana wielokrotnie naprzemiennemu rozciąganiu i odciążaniu, jedynie do określonej przed rozpoczęciem badania granicznej wartości naprężenia lub odkształcenia. Badania tego typu realizuje się na dynamicznych i zmęczeniowych maszynach wytrzymałościowych. W badaniu tego rodzaju zlicza się liczbę cykli rozciąganie-odciążanie przy zadanej granicznej wartości naprężenia lub odkształcenia, aż do momentu zerwania próbki.

Sposób ogrzewania próbki jest uzależniony od rodzaju stosowanego uchwytu, ponieważ nie wszystkie uchwyty mogą zostać narażone na działanie wysokiej temperatury, a zatem nie wszystkie

PL 241 138 B1 mogą zostać umieszczone w piecu wraz z próbką, co generuje szereg niedogodności, opisanych wcześniej. W ogólności, znane są uchwyty typu hydraulicznego oraz mechanicznego. Często zdarza się, że uchwyty mogą pod wpływem wysokiej temperatury ulec awarii stanowiącej zagrożenie dla bezpieczeństwa operatora, a uchwyty hydrauliczne, szczególnie wrażliwe na wysokie temperatury, mogą nawet spowodować pożar instalacji. Uchwyty hydrauliczne cechuje również duża masa i gabaryty, w związku z czym ich montaż jest skomplikowany i czasochłonny, a produkcja zazwyczaj kosztowna. Z uwagi na wyżej opisane aspekty, przy badaniach termomechanicznych lepszym rozwiązaniem jest stosowanie uchwytów mechanicznych, znacznie mniej podatnych na uszkodzenia pod wpływem temperatury, dzięki czemu można je z powodzeniem umieścić we wnętrzu pieca. Jednak znane uchwyty mechaniczne są skomplikowane w budowie i składają się z wielu części, co przekłada się na wysokie koszty i małą wydajność ekonomiczną produkcji. Ponadto, sposób zamontowania próbki płaskiej w uchwycie mechanicznym może mieć istotny wpływ na wynik pomiaru, gdyż przykładowo, punktowe miejsce styku szczęk uchwytu z próbką może spowodować uszkodzenie próbki lub nierównomierne jej obciążenie, zatem pomiar może okazać się mało wiarygodny. Z tego powodu pożądane jest opracowanie uchwytu mechanicznego o taniej i prostej konstrukcji, pozwalającej na zamontowanie próbki w sposób gwarantujący wiarygodność pomiaru.

Opracowane rozwiązanie pozwala na przezwyciężenie niedogodności znanych ze stanu techniki. Poniżej wynalazek zostanie omówiony bardziej szczegółowo w przykładzie wykonania, w odniesieniu do załączonego rysunku.

W celu wystarczająco obrazowego przedstawienia istoty wynalazku, konieczne jest uprzednie scharakteryzowanie ogólnego wyglądu próbki przeznaczonej do badań zmęczeniowych. Próbka przeznaczona do realizacji badań z wykorzystaniem opracowanego zestawu chwytowego, w celu zapewnienia należytego jej zamontowania w uchwycie, powinna mieć budowę nieco inną niż standardowe próbki płaskie do badań zmęczeniowych. Próbka taka, przedstawiona na Fig. 1, powinna na swoich końcach posiadać zgrubienie wykonane na szerszych powierzchniach próbki z obydwóch jej stron, korzystnie na całej jej szerokości, utworzone w taki sposób, że możliwe jest za pomocą tego zgrubienia oparcie próbki o element uchwytu.

Uchwyt według wynalazku składa się z dwóch zacisków, kapsla oraz nakrętki.

Zasadniczymi elementami chwytowymi uchwytu, stykającymi się bezpośrednio z próbką płaską, są zaciski. Zaciski, wraz z przykładowymi wymiarami, zostały przedstawione na Fig. 2. Pojedynczy zacisk ma kształt połowy stożka ściętego przeciętego na jego powierzchni symetrii, zaopatrzonego w kołnierz. Kołnierz znajduje się po stronie większej podstawy tego stożka, ma średnicę większą niż średnica dużej podstawy stożka i jest połączony ze stożkową częścią zacisku poprzez przewężenie. Powierzchnia wewnętrzna zacisku, to znaczy powstająca po wyobrażonym przecięciu stożka ściętego, stykająca się w trakcie pomiaru z powierzchnią próbki jest płaska i może być gładka lub teksturowana, to znaczy może posiadać fakturę zapewniającą lepszą jej przyczepność do powierzchni próbki.

Poniższe przykładowe wymiary odnoszą się do figury powstałej po ustawieniu połówek stożka względem siebie tak, by tworzyły stożek ścięty, z uwzględnieniem przerwy pomiędzy nimi, przewidzianej na umieszczenie w tym miejscu próbki o grubości 3 mm. W przykładzie wykonania, ramiona stożka stanowiącego pierwowzór stożka ściętego, czyli przedłużenia stycznych do powierzchni bocznej stożka przyłożonych w największej możliwej odległości od siebie nawzajem (na końcach średnicy), tworzą kąt 17°. Wysokość całego elementu wynosi 30 mm, natomiast wysokość jego części stożkowej wraz z fragmentem łączącym tę część z kołnierzem wynosi 20 mm. Mniejsza, górna podstawa stożka ściętego ma średnicę 26,2 mm. Średnica kołnierza wynosi 42 mm, przy czym brzegi kołnierza są stażowane (fazka 0,5 x 45), a średnica przewężenia łączącego kołnierz ze stożkiem ściętym wynosi 28 mm i jest zaokrąglona promieniem R = 1 mm.

Kapsel i jego przykładowe wymiary przedstawiono na Fig. 3. Ma on z zewnątrz kształt dwóch połączonych obręczy, mniejszej i większej. Otwór przelotowy kapsla jest dopasowany kształtem do zewnętrznej powierzchni stożka ściętego, to znaczy ma taki sam kąt rozwarcia jak stożek ścięty i wymiary umożliwiające nałożenie go na stożkową powierzchnię zacisków.

W przykładzie wykonania kąt rozwarcia powierzchni wewnętrznej kapsla wynosi 17°. Wysokość elementu jest równa 20 mm, przy czym wysokość każdej z widocznych z zewnątrz obręczy wynosi 10 mm. Średnica wewnętrzna otworu w najwęższym miejscu wynosi 26,3 mm, co daje 0,1 mm różnicy między tą średnicą a najmniejszą średnicą stożka ściętego (26,2 mm). Średnice większej i mniejszej

PL 241 138 B1 obręczy, które są widoczne z zewnątrz, wynoszą odpowiednio 46 mm i 36 mm. Brzegi kapsla są stażowane (fazka 0,5 x 45), natomiast miejsce połączenia szerszej części kapsla z węższą jest zaokrąglone (R 0,50).

Nakrętka (Fig. 4) ma postać cylindra o wysokości 48 mm zakończonego głowicą umożliwiającą jej zakręcenie. Głowica ma kształt sześciokąta o ściętych rogach, zaokrąglonych tak, aby tworzyły kontynuację powierzchni cylindra, przy czym wysokość głowicy wynosi 12 mm. W przykładzie wykonania, nakrętka ma średnicę zewnętrzną 66 mm, natomiast odległość pomiędzy naprzeciwległymi ścianami sześciokąta jest równa 60 mm. Otwór przelotowy cylindra jest zasadniczo podzielony na dwa segmenty, większy po stronie głowicy, o wymiarach 40 mm, gwint M50 x 2, i mniejszy o średnicy 36 mm. Większy segment posiada wgłębienie o szerokości 4 mm, tworzące miejscowe rozszerzenie tego segmentu do średnicy 51 mm i kończące się w odległości 36 mm od wylotu cylindra od strony głowicy. Brzeg nakrętki po stronie przeciwnej do głowicy jest sfazowany (fazka 0,5 x 45).

Stan złożony uchwytu przedstawiono na Fig. 5 oraz Fig. 6. Próbkę 4 umieszcza się pomiędzy zaciskami 1 tak, by jej pogrubiony fragment wystawał poza powierzchnię zewnętrzną kołnierzy zacisków 1 i opierał się o nią. Na stożkową część zacisków nakłada się kapsel 2 w taki sposób, by jego część o większej średnicy znalazła się po stronie kołnierzy zacisków 1 i oparła się o nie.

Na tak przygotowany zestaw nakłada się nakrętkę 3 tak, by mniejszy otwór tej nakrętki 3 znalazł się po stronie pomiarowej próbki, obejmując część kapsla 2 o węższej średnicy. W ten sposób nakrętka 3, opierając się swoim przewężeniem przy wylocie otworu o część kapsla 2 o większej średnicy, stabilnie mocuje kapsel 3 wraz z zaciskami 1 i próbką 4.

Przedstawiony przykład wykonania części nie jest ograniczający, to znaczy wymiary elementów mogą być dowolne, o ile będą odpowiednio do siebie nawzajem dopasowane i w równie dobry sposób będą realizować istotę wynalazku.

Koszt wytworzenia opracowanego zestawu chwytowego, w porównaniu do uchwytów hydraulicznych i innych uchwytów mechanicznych o tym samym przeznaczeniu, jest relatywnie niski. W przypadku uszkodzenia któregoś z elementów uchwytu, ze względu na jego nieskomplikowaną budowę możliwe jest szybkie i tanie przygotowanie części zamiennej, nawet we własnym warsztacie, jeżeli dane laboratorium taki warsztat posiada. W związku z tym, nie jest konieczne oczekiwanie na serwis i dostarczanie części zamiennych, co generuje istotne opóźnienia podczas prac, niekorzystne zwłaszcza przy pracach priorytetowych. Do stosowania uchwytów według wynalazku nie jest wymagane żadne dodatkowe wyposażenie urządzenia, co ma miejsce np. przy stosowaniu uchwytów hydraulicznych. W odróżnieniu od uchwytów hydraulicznych i niektórych uchwytów mechanicznych, niewielki rozmiar i prosta budowa opracowanych uchwytów pozwala na ich szybki i montaż i demontaż, które mogą zostać przeprowadzone z łatwością nawet przez jednego operatora, bez konieczności stosowania dodatkowego wyposażenia do montowania.

Istotną zaletą opracowanych uchwytów jest możliwość ich umieszczenia w piecu w całości razem z próbką i realizacji badań w podwyższonych temperaturach, przy zastosowaniu odpowiednich stopów metali, sięgających nawet 1100°C. Zastosowanie wspomnianych uchwytów umożliwia realizację badań zmęczeniowych nisko i wysokocyklicznych, realizowanych przy częstotliwościach sięgających do 100 Hz. Próbkę testową można w przedmiotowym uchwycie zamontować w taki sposób, aby charakteryzowała się sztywnością pozwalającą na realizację badań dla pełnego zakresu asymetrii cyklu, w tym dla asymetrii cyklu R-ratio -1.

W dalszej części zaprezentowano przykłady badań przeprowadzonych z użyciem uchwytów według wynalazku, przy czym parametry badań oraz ich wyniki każdorazowo zebrano w formie tabeli. Wyniki badań obrazują zależność liczby cykli do momentu zniszczenia próbki od zastosowanego naprężenia maksymalnego, przy danej częstotliwości i w określonych warunkach temperatury i wartości R-ratio.

P r z y k ł a d 1

Badanie zmęczeniowe sterowane siłą, którego wyniki zaprezentowano poniżej, przeprowadzono na próbkach wykonanych ze stopu niklu, w temperaturze 800 F (ok. 426,7°C). Przebieg badania był sinusoidalny, cykl R-ratio -1. Wartości naprężenia maksymalnego wynosiły od 40 do 120 ksi.

Claims (7)

1. PL241 138 Β1

   Tabela 1. Wyniki badań zmęczeniowych próbek ze stopu niklu, temp. 800 F, R-ratio -1.

   ID próbki Częstotliwość [Hz] Naprężenie maksymalne [ksi] Liczba cykli do zniszczenia

   1 2 120 378

   2 60 60 80 504

   3 60 55 287 201

   4 60 50 456 384

   5 60 45 756 846

   6 60 40 1978 422

   Wyniki z Tabeli 1 zaprezentowane w formie wykresu przedstawiono na Fig. 7. Na wykresie przedstawiono zależność liczby cykli wykonanych do momentu zerwania próbki od wartości naprężenia maksymalnego.

   Przykład 2

   Badanie zmęczeniowe sterowane siłą, którego wyniki zaprezentowano poniżej, przeprowadzono na próbce wykonanej ze stopu niklu, w temperaturze 75 F (ok. 23,9°C).

   Przebieg badania był sinusoidalny, cykl R-ratio -1. Wartość naprężenia maksymalnego wynosiła 120 ksi.

   Tabela 2. Wyniki badań zmęczeniowych próbek ze stopu niklu, temp. 75 F, R-ratio -1.

   ID próbki Częstotliwość [Hz] Naprężenie maksymalne [ksi] Liczba cykli do zniszczenia

   7 2 120 5 532

   Przykład 3

   Badanie zmęczeniowe sterowane siłą, którego wyniki zaprezentowano poniżej, przeprowadzono na próbkach wykonanych ze stopu niklu, w temperaturze 800 F (ok. 426,7°C). Przebieg badania był sinusoidalny, cykl R-ratio 0,05. Wartość naprężeń maksymalnych wynosiła 60 i 65 ksi.

   Tabela 3. Wyniki badań zmęczeniowych próbek ze stopu niklu, temp. 800 F, R-ratio 0,05.

   ID próbki Częstotliwość [Hz] Naprężenie maksymalne [ksi] Liczba cykli do zniszczenia

   8 60 60 N/A (test przerwano po 2 min cykli

   9 60 65 432 776

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Uchwyt mechaniczny przeznaczony do mocowania próbki płaskiej wykonanej z metalu lub stopu metali w urządzeniu do badań wytrzymałościowych, nadający się do przeprowadzania prób rozciągania w wysokiej temperaturze, zawierający dwa stożkowe zaciski próbki oraz kap

   PL 241 138 B1 sel w kształcie dwóch pierścieni posiadający otwór przelotowy odpowiadający kształtem i średnicą stożkowemu kształtowi zacisków, z uwzględnieniem przestrzeni pomiędzy zaciskami przeznaczonej dla próbki, znamienny tym, że każdy z zacisków (1) w kształcie połowy stożka ściętego ma płaską powierzchnię styku z próbką (4) i jest zaopatrzony w kołnierz znajdujący się po stronie większej podstawy tego stożka ściętego, przy czym w stanie złożonym uchwytu kapsel (2) opiera się o ten kołnierz, a ponadto uchwyt ten posiada nakrętkę (3), której wewnętrzna powierzchnia jest dopasowana kształtem i wymiarami do powierzchni zewnętrznej kapsla (2) tak, że w stanie złożonym część kapsla (2) o większej średnicy opiera się o tę nakrętkę (3).
2. 2. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że nakrętka (3) z zewnątrz ma postać cylindra zakończonego głowicą umożliwiającą jej zakręcenie, przy czym korzystnie głowica ma kształt sześciokąta o ściętych rogach, zaokrąglonych tak, aby tworzyły kontynuację powierzchni cylindra.
3. 3. Uchwyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że kapsel (2) ma z zewnątrz kształt dwóch połączonych ze sobą obręczy o różnych średnicach, a każda z obręczy ma taką samą wysokość.
4. 4. Uchwyt według dowolnego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że powierzchnia wewnętrzna zacisku (1), będąca miejscem styku z powierzchnią próbki (4), jest gładka.
5. 5. Uchwyt według dowolnego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że powierzchnia wewnętrzna zacisku (1) będąca miejscem styku z powierzchnią próbki (4), jest teksturowana, to znaczy posiada fakturę zapewniającą jej lepszą przyczepność do powierzchni próbki (4).
6. 6. Uchwyt według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że kołnierz zacisku (1) jest połączony ze stożkową częścią zacisku (1) poprzez przewężenie.
7. 7. Uchwyt według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że każdy z elementów uchwytu jest wykonany ze stopu metali odpornego na działanie temperatur poniżej 1100°C, korzystnie ze stopu Inconel 713C.