RU2147737C1

RU2147737C1 - Gear for test of materials

Info

Publication number: RU2147737C1
Application number: RU98113760A
Authority: RU
Inventors: Е.Б. Мокрицкая; Н.А. Семашко; Б.Я. Мокрицкий
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет; Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-04-20

Abstract

FIELD: determination of physical and mechanical characteristics of materials, specifically, micromechanical test of materials with coats and tool materials. SUBSTANCE: gear for test of materials includes base with pendulum coupled to it, unit loading material with indenter, system recording test results, protractor measuring deviation of pendulum, mechanism registering position of pendulum, system of heating and cooling of samples, system recording acoustic emission and mechanism controlling linear movement of tested surface of sample. Achieved technical result of invention lies in possibility of loading of local volumes of material with recording of results of destruction of material at microlevels by parameters of acoustic emission. EFFECT: increased accuracy of obtained information on properties of material, improved informativity of recorded parameters of destruction of material. 6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к микромеханическим испытаниям материалов с покрытиями, в том числе инструментальных материалов. The invention relates to the field of determining the physico-mechanical characteristics of materials, in particular to micromechanical testing of materials with coatings, including instrumental materials.

Известен ряд устройств (твердомеры, микротвердомеры, склерометры и т.д.) для определения физико-механических характеристик материалов. Для рассматриваемых характеристик (применительно для металлорежущего инструмента это интенсивность износа, трещиностойкость, прочность сцепления покрытия с основой и т.д.) рассмотрим два аналога (А.с. СССР N2051365 и N1626132), применяемых для указанной области и имеющих ряд признаков, сходных с заявляемым объектом. A number of devices are known (hardness testers, microhardness testers, sclerometers, etc.) for determining the physicomechanical characteristics of materials. For the considered characteristics (as applied to a metal-cutting tool, this is the wear rate, crack resistance, adhesion strength of the coating to the base, etc.), we consider two analogs (A.S. USSR N2051365 and N1626132) used for this region and having a number of features similar to the claimed object.

Так, известно [А.с. СССР N2051365] решение, содержащее основание (в виде станины), маятник, содержащий жесткую штангу, индентор (в виде ударника) для нагружения образца, узел нагружения (в виде массы ударника). Вид регистрации результатов испытания материалов согласно этому решению не оговаривается, но предполагается использование визуального наблюдения (образец разрушен при данной нагрузке либо нет) результатов нагружения. Недостатком решения являются его ограничительные возможности, например субъективный уровень контроля разрушения, отсутствие возможности регистрации промежуточных этапов испытания и т.д. So, it is known [A.S. USSR N2051365] a solution containing a base (in the form of a bed), a pendulum containing a rigid rod, an indenter (in the form of a striker) for loading the sample, a loading unit (in the form of the mass of the striker). The type of registration of the results of testing of materials according to this decision is not specified, but it is supposed to use visual observation (the sample is destroyed at a given load or not) loading results. The disadvantage of the solution is its limiting capabilities, for example, the subjective level of fracture control, the inability to register intermediate stages of testing, etc.

Наряду с этим известно [А.с. СССР N1626132] решение, в котором регистрация результатов испытания осуществлена по сигналам акустической эмиссии в процессе заглубления (вдавливания) индентора (в виде стандартной пирамиды, конуса или шарика) в образец. В решении не оговорено расположение датчика (приемника, преобразователя) регистрации сигналов акустической эмиссии относительно образца, но предполагается его взаимосвязь с индентором. Недостатком решения также являются ограниченные возможности, например отсутствие возможности исследования кинетики разрушения, изменение схемы нагружения. Along with this it is known [A.S. USSR N1626132] a solution in which the registration of test results is carried out by acoustic emission signals during the indentation (indentation) of the indenter (in the form of a standard pyramid, cone or ball) in the sample. The solution does not stipulate the location of the sensor (receiver, transducer) for recording acoustic emission signals relative to the sample, but its relationship with the indenter is assumed. The disadvantage of the solution is also limited possibilities, for example, the lack of the possibility of studying the kinetics of destruction, changing the loading scheme.

Наиболее близким, по мнению заявителя, по технической сущности к заявляемому объекту является (А.с. СССР N2047164) решение, содержащее основание с установленной на нем осью маятника, снабженного механизмом для возвратно-вращательного движения, узел нагружения в виде грузов, связанных с осью маятника, индентор в виде контртела. При этом в решении не оговаривается вид регистрации результатов испытания, но имеется в виду, что используется замер величины износа (разрушения) контактной поверхности образца при трении об индентор. Недостатком решения являются его ограниченные возможности, в частности отсутствие возможности оценки качества сцепления покрытия с основой, отсутствие возможности поэтапного контроля разрушения и т.д. The closest, according to the applicant, the technical essence of the claimed object is (A.S. USSR N2047164) a solution containing a base with a pendulum axis mounted on it, equipped with a mechanism for reciprocating movement, a loading unit in the form of loads associated with the axis pendulum, indenter in the form of a counterbody. At the same time, the decision does not specify the type of registration of the test results, but it means that the measurement of the wear (fracture) of the contact surface of the sample during friction against the indenter is used. The disadvantage of the solution is its limited capabilities, in particular, the lack of the ability to assess the quality of adhesion of the coating to the base, the lack of the possibility of phased destruction control, etc.

Задачей заявляемого изобретения является расширение технологических возможностей испытания материалов, в частности инструментальных материалов с износостойкими покрытиями, где важно получить характеристики о свойствах поверхностных слоев (несколько микрон) материала. The task of the invention is to expand the technological capabilities of testing materials, in particular tool materials with wear-resistant coatings, where it is important to obtain characteristics about the properties of the surface layers (several microns) of the material.

Технический результат, достигаемый в ходе решения задачи, состоит в повышении точности получаемой информации о свойствах материала и повышении информативности регистрируемых параметров материала. The technical result achieved in the course of solving the problem consists in increasing the accuracy of the information obtained on the properties of the material and increasing the information content of the recorded material parameters.

Указанный результат достигается за счет осуществления нагружения локальных объемов материала с регистрацией результатов разрушения материала на микроуровнях по параметрам акустической эмиссии, обеспечением регистрации во всем процессе нагружения и разделением ее по этапам, соответствующим нагружению специфических участков (только само покрытие, граница основа-покрытие, сама основа, та или иная глубина покрытия или основы). При этом условия нагружения существенно приближены к реальным условиям эксплуатации материала (например к условиям резания, где инструмент подвержен "абразивному" воздействию (пропахиванию) твердых включений обрабатываемого материала, нормальным и касательным напряжениям, температуре и т.д.). The specified result is achieved by loading local volumes of material with recording the results of the destruction of the material at micro levels according to the parameters of acoustic emission, ensuring registration throughout the loading process and dividing it into stages corresponding to the loading of specific sections (only the coating itself, the base-coating border, the base itself , this or that depth of a covering or basis). In this case, the loading conditions are substantially close to the actual operating conditions of the material (for example, cutting conditions, where the tool is subject to "abrasive" impact (plowing) of solid inclusions of the processed material, normal and tangential stresses, temperature, etc.).

Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя основание с взаимодействующим с ним маятником, способным совершать возвратно-вращательное (качательное) движение и несущим на штанге индентор, а также содержащее узел нагружения с грузами, систему регистрации результатов испытания. Thus, the claimed object, as well as the prototype, includes a base with a pendulum interacting with it, capable of making a reciprocating (swinging) movement and bearing an indenter on the rod, as well as containing a loading unit with loads, a system for recording test results.

Однако заявляемый объект отличается тем, что устройство дополнительно снабжено двухкоординатным поворотным столиком для закрепления, перемещения и поворота образцов, установленным на основании; приемником акустической эмиссии, взаимодействующим с системой регистрации результатов испытания; стойками для расположения оси возвратно-вращательного движения маятника, причем индентор установлен в механизме микрометрических перемещений, смонтированном на конце штанги, являющейся (используемой в качестве) корпусом маятника, противоположенный конец штанги (корпуса маятника) смонтирован на вышеупомянутой оси движения маятника, грузы размещены на штанге. При этом для еще большего расширения технологических возможностей, повышения удобства эксплуатации, повышения точности регистрации результатов испытания образцов, повышения скорости и точности анализа результатов испытания дополнительные отличия состоят в том, что ось возвратно-вращательного движения маятника установлена в стойках с возможностью подавления акустических помех, преимущественно посредством втулок, выполненных из акустиконепроводящего (акустикоизоляционного) материала, а датчик (в ограничительной части этот признак не указан, но он, естественно, имеется и в аналоге и в заявляемом объектах, так как используется акустическая эмиссия, регистрировать сигналы которой без датчика невозможно в принципе, т.е. этот признак очевидный) регистрации (приема) сигналов акустической эмиссии установлен на двухкоординатном столике с обеспечением непосредственного контакта с образцами, а также дополнительные отличия состоят в том, что устройство дополнительно снабжено; средством оптического контроля разрушения образцов; угломером отклонений маятника; механизмом фиксации маятника в крайних положениях отклонений, преимущественно в крайнем положении рабочего хода, выполненного, например, в виде храпового механизма; системой фотоэлектрического запуска регистрации сигналов акустической эмиссии; системой нагрева и охлаждения образцов в упомянутом столике, преимущественно электронагревательной спиралью и надувом воздуха: тем, что при нагреве образцов для исключения теплового воздействия на датчик он установлен на звуководе, смонтированном на столике с обеспечением подавления акустических помех и взаимодействующим с образцами; также снабжено механизмом контроля линейных перемещений для контроля положения испытуемой поверхности образца; и тем, что для анализа сигналов акустической эмиссии датчик выполнен связанным посредством аналого-цифрового преобразователя с программируемой электронно-вычислительной машиной. However, the claimed object is characterized in that the device is additionally equipped with a two-axis rotary table for fixing, moving and rotating samples mounted on the base; acoustic emission receiver interacting with the test results recording system; racks for positioning the axis of the pendulum’s rotational movement, the indenter mounted in the micrometric movement mechanism mounted on the end of the rod, which is (used as) the pendulum body, the opposite end of the rod (pendulum case) mounted on the aforementioned axis of the pendulum, the loads are placed on the rod . At the same time, to further expand technological capabilities, improve operating convenience, increase the accuracy of recording test results of samples, increase the speed and accuracy of analysis of test results, additional differences are that the axis of the pendulum's rotational motion is mounted in racks with the ability to suppress acoustic noise, mainly by means of bushings made of acoustically non-conductive (acousto-insulating) material, and the sensor (in the restrictive part this sign not specified, but, of course, it is present both in the analogue and in the claimed objects, since acoustic emission is used, which can not be recorded without a sensor in principle, i.e. this symptom is obvious) the registration (reception) of acoustic emission signals is set to two-coordinate a table with direct contact with the samples, as well as additional differences are that the device is additionally equipped; means of optical control of sample destruction; goniometer of deviations of the pendulum; the pendulum fixation mechanism in extreme positions of deviations, mainly in the extreme position of the working stroke, made, for example, in the form of a ratchet mechanism; a system for photoelectric triggering of registration of acoustic emission signals; a heating and cooling system for the samples in the aforementioned table, mainly with an electric heating coil and air blowing: in that, when the samples are heated to prevent thermal effects on the sensor, it is mounted on a sound guide mounted on the table to suppress acoustic noise and interacting with the samples; also equipped with a linear movement control mechanism to control the position of the test surface of the sample; and the fact that for the analysis of acoustic emission signals, the sensor is made connected by means of an analog-to-digital converter with a programmable electronic computer.

На фигуре 1 показана схема устройства при виде спереди. The figure 1 shows a diagram of the device when viewed from the front.

На фиг. 2 показана схема устройства при виде сбоку. In FIG. 2 shows a diagram of a device in side view.

На фиг. 3 показано устройство кармана столика с образцами и датчиком. In FIG. 3 shows the arrangement of a table pocket with samples and a sensor.

На фиг. 4 показана схема взаимодействия индентора и образца. In FIG. 4 shows a diagram of the interaction of the indenter and the sample.

На фиг. 5 показана система подавления акустических помех. In FIG. 5 shows an acoustic noise suppression system.

На фиг. 6 показана схема обеспечения нагрева и охлаждения образцов. In FIG. 6 shows a diagram for providing heating and cooling samples.

На фиг. 7 показана схема установки звуковода. In FIG. 7 shows the installation diagram of the sound guide.

На фиг. 8 показана схема регистрации сигналов акустической эмиссии. In FIG. 8 shows a registration scheme for acoustic emission signals.

Устройство представляет собою основание 1, на котором смонтированы стойки 2, на которых установлена ось 3, несущая жесткую штангу 4. На нижнем конце штанги 4 установлен механизм 5 микрометрических перемещений (как сборочная единица стандартного измерительного микрометра), несущий индентор 6 (например, в виде стандартной алмазной, твердосплавной пирамидки, конуса, шарика). На штанге 4 также размещены грузы 7. По сути дела ось 3 на стойках 2, штанга 4, механизм 5 микрометрических перемещений с индентором 6, грузы 7 представляют собой маятник, причем корпусом маятника является сама штанга. Ось 3 установлена на стойках с возможностью вращения вокруг своей оси. При отводе маятника (штанги 4) от статического (вертикального) положения (отведенное положение показано пунктиром на фиг. 2) под действием массы штанги и грузов маятник за счет проворота оси 3 в стойках 2 способен совершать возвратно-вращательное (качательное) движение В₁. На основании 1 установлен двухкоординатный столик 8, способный осуществлять перемещение в двух взаимно перпендикулярных (горизонтальных направлениях П₁ и П₂, а также поворачиваться вокруг своей (вертикальной) оси (движение В₂). Конструкция столика 8 может быть различной, в том числе перемещение П₁ может обеспечиваться перемещением платформы 9 за счет передачи ходовой винт-гайки при вращении нониуса 10, перемещение П₂ - перемещением салазок 11 при вращении нониуса 12. Для обеспечения поворота В₂ столика 8 его плита 13 может быть установлена с обеспечением центрирования на пальце 14 основания 1. На столике 8 неподвижно установлен один или несколько образцов 15. Это может быть осуществлено разными способами, например, с помощью прижимных планок. Более надежное закрепление образцов с обеспечением акустической изоляции образцов от внешних и внутренних помех (с обеспечением подавления акустических помех) возможно в специальном кармане 16 столика, где в том числе размещен и датчик 17 (приемник) сигналов акустической эмиссии с обеспечением непосредственного контакта с образцами. Прижим образцов 15 к датчику 17 возможен винтом 18. Акустическая изоляция образцов 15 и датчика 17 возможна за счет прокладок 19, выполненных из акустикоизоляционного материала. Датчик 17 связан с типовым набором приборов для регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии, например приборов типа АФ-15, амплитудных и спектральных анализаторов, самописцев и т.д.The device is a base 1, on which racks 2 are mounted, on which an axis 3 is mounted, carrying a rigid rod 4. At the lower end of the rod 4, a micrometric movement mechanism 5 is installed (as an assembly unit of a standard measuring micrometer) carrying an indenter 6 (for example, in the form standard diamond, carbide pyramid, cone, ball). The rod 4 also has loads 7. In fact, the axis 3 on the racks 2, the rod 4, the micrometer movement mechanism 5 with the indenter 6, the loads 7 are a pendulum, and the rod itself is the pendulum body. Axis 3 is mounted on racks with the possibility of rotation around its axis. When the pendulum (rod 4) is withdrawn from the static (vertical) position (the retracted position is shown by the dotted line in Fig. 2), the pendulum is capable of performing a rotational (swinging) movement B ₁ due to the rotation of the axis 3 in the racks 2. Based on 1, a two-coordinate table 8 is installed, capable of moving in two mutually perpendicular (horizontal directions P ₁ and P ₂ , and also rotate around its (vertical) axis (movement B ₂ ). The design of table 8 can be different, including moving P ₁ can be provided by moving the platform 9 due to the transmission of the screw-nut during the rotation of the nonius 10, the movement of P ₂ - by moving the slide 11 during the rotation of the nonius 12. To ensure rotation В _{2 of the} table 8, its plate 13 can be installed with providing centering on the finger 14 of the base 1. On the table 8. one or several samples 15 are fixedly mounted 15. This can be done in different ways, for example, by means of pressure strips. More reliable fixing of the samples providing acoustic isolation of the samples from external and internal interference (ensuring acoustic noise suppression) is possible in a special pocket 16 of the table, where the sensor 17 (receiver) of acoustic emission signals is also located, providing direct contact with the samples. Clamping the samples 15 to the sensor 17 is possible with a screw 18. Acoustic insulation of the samples 15 and the sensor 17 is possible due to the gaskets 19 made of acoustic insulation material. The sensor 17 is associated with a typical set of instruments for recording and analyzing acoustic emission signals, for example, AF-15 instruments, amplitude and spectral analyzers, recorders, etc.

Работает устройство следующим образом. Образцы 15 устанавливают в кармане 16 столика 8 с датчиком 17 и закрепляют. С помощью перемещений П₁ и П₂ вращением нониусов 10 и 12 выставляют образцы под индентор 6. Вращением В₂ столика 8 ориентируют положение образцов относительно траектории будущего хода (вращения В₁) маятника. С помощью механизма 5 микрометрических перемещений подводят индентор 6 на касание с одним из образцов. Отводят маятник в исходное положение, например влево (по часовой стрелке) для фиг. 2. Механизмом 5 задают необходимую глубину разрушения образца, т.е. перемещают индентор, увеличивая радиус R на требуемую глубину внедрения индентора. Благодаря использованию именно микрометрического механизма эта глубина может быть минимальной (несколько микрон), что обеспечивает локальное разрушение микрообъемов поверхностных слоев образца. Отпускают маятник. Он под действие (своей и грузов) массы движется к образцу, происходит взаимодействие индентора с образцом, сигналы акустической эмиссии, образующиеся в результате такого взаимодействия, принимаются датчиком, преобразуются в электрические и передаются дальше по тракту на измерительные, регистрационные и анализирующие приборы. По параметрам сигналов (например, амплитуде, частотам и т.д.) судят о характере, интенсивности и механизмах взаимодействия индентора и образца, по ним оценивают результаты испытаний, например, интенсивность износа, трещиностойкость, прочность сцепления покрытия с основой и т.д. (результаты испытаний не описываются здесь, т.к. не являются объектом изобретения).The device operates as follows. Samples 15 are installed in the pocket 16 of the table 8 with the sensor 17 and secured. Using movements P ₁ and P _2, rotate the noniuses 10 and 12 to expose the samples under the indenter 6. Rotate В _{2 of the} table 8 to orient the position of the samples relative to the path of the future move (rotation В ₁ ) of the pendulum. Using the mechanism 5 of micrometric movements, the indenter 6 is brought into contact with one of the samples. The pendulum is retracted, for example, to the left (clockwise) for FIG. 2. Mechanism 5 sets the required fracture depth of the sample, i.e. move the indenter, increasing the radius R by the required depth of penetration of the indenter. Due to the use of the micrometric mechanism, this depth can be minimal (several microns), which ensures local destruction of the microvolumes of the surface layers of the sample. Release the pendulum. Under the influence of (mass and cargo), the mass moves toward the sample, the indenter interacts with the sample, acoustic emission signals resulting from this interaction are received by the sensor, converted into electrical signals and transmitted down the path to measuring, recording and analyzing devices. The parameters of the signals (for example, amplitude, frequencies, etc.) are used to judge the nature, intensity and mechanisms of interaction between the indenter and the sample, and test results are evaluated using them, for example, wear rate, crack resistance, adhesion of the coating to the substrate, etc. (test results are not described here, because they are not the subject of the invention).

После взаимодействия индентора с образцом вследствие избыточной энергии маятника (при достаточной массе грузов) маятник продолжает движение и выходит за пределы образца. Его останавливают, возвращают индентор в исходное положение (или смещают образец), отводят маятник в исходное (или иное) положение, задают глубину (ту же или иную) внедрения индентора и цикл повторяют. Для изменения условий испытания меняют энергию маятника (за счет массы грузов или угла φ отвода маятника), длину (за счет смещения стола в направлении П₂), траекторию (за счет поворота В₂ стола) нагружения. Возможно также испытание нескольких образцов одновременно.After the indenter interacts with the sample due to the excess energy of the pendulum (with a sufficient mass of cargo), the pendulum continues to move and goes beyond the limits of the sample. It is stopped, the indenter is returned to its original position (or the sample is displaced), the pendulum is returned to its original (or other) position, the depth (the same or different) of the indenter penetration is set, and the cycle is repeated. To change the test conditions, the energy of the pendulum (due to the mass of goods or the angle φ of the swing of the pendulum) is changed, the length (due to the displacement of the table in the direction of P ₂ ), the trajectory (due to rotation _{of the} table ₂ ) loading. It is also possible to test several samples at once.

Описание работы устройства показывает, что технический результат предлагаемого решения достигнут, т. к. технологические возможности установки значительно расширены. В том числе расширены за счет обеспечения возможности неразрушающих испытаний образцов с покрытиями, состоящими из одного слоя или нескольких слоев 20 и 21, т.к. сигналы акустической эмиссии существенно различны при взаимодействии индентора с материалом слоя или основы 22 образца 15. The description of the operation of the device shows that the technical result of the proposed solution has been achieved, because the technological capabilities of the installation have been significantly expanded. Including expanded by providing the possibility of non-destructive testing of samples with coatings consisting of one layer or several layers 20 and 21, because acoustic emission signals are significantly different when the indenter interacts with the material of the layer or base 22 of sample 15.

Предложенное устройство имеет варианты исполнения. Так, для повышения точности регистрации результатов испытаний целесообразно отсечь те акустические сигналы, которые не являются информативными и образуются в процессе взаимодействия отдельных узлов устройства. Так, поворот оси 3 в стойках 2 сопровождается трением, которое формирует неинформативные сигналы акустической эмиссии. Для исключения передачи этих сигналов на датчик можно из акустиконепроводящего материала (изоляционного) выполнить:
штангу 4; ось 3; место сопряжения штанги 4 и оси 3; место сопряжения оси 3 со стойками 2. В последнем случае это возможно посредством установки втулок 23 между материалом стоек и оси. Такие акустиконепроводящие материалы известны и многообразны. Работа такого устройства аналогична.The proposed device has options. So, to improve the accuracy of recording test results, it is advisable to cut off those acoustic signals that are not informative and are formed in the process of interaction of individual nodes of the device. So, the rotation of the axis 3 in the racks 2 is accompanied by friction, which generates uninformative signals of acoustic emission. To exclude the transmission of these signals to the sensor, it is possible to perform from acoustically non-conductive material (insulation):
bar 4; axis 3; the place of mating rod 4 and axis 3; the interface between the axis 3 and the uprights 2. In the latter case, this is possible by installing bushings 23 between the material of the uprights and the axis. Such acoustically non-conductive materials are known and diverse. The operation of such a device is similar.

Для обеспечения возможности визуального наблюдения и контроля результатов испытания образцов устройство оснащено средством 24 оптического (тубус с системой линз, увеличительная линза с отсчетными метками и т.д.) контроля. При этом после взаимодействия индентора с образцом последний с помощью перемещений П₁ и П₂ подводится под средство 24 оптического контроля разрушения и делаются необходимые наблюдения и замеры. Либо средство 24 оптического контроля может быть выполнено откидным (поворотным при размещении на стойке). В этом случае образец остается неподвижным, к нему подводится средство 24 оптического контроля.To enable visual observation and control of the test results of the samples, the device is equipped with 24 optical means (tube with a lens system, a magnifying lens with reference marks, etc.) control. Moreover, after the indenter interacts with the sample, the latter is brought under the means 24 of the optical fracture control using the displacements P ₁ and P ₂ and the necessary observations and measurements are made. Or, the optical control means 24 can be made folding (swivel when placed on a rack). In this case, the sample remains stationary, and optical control means 24 is supplied to it.

Для изменения энергии разрушения (воздействия) образцов за счет изменения угла φ отвода маятника важно знать величину угла в исходном (до работы) положении и конце рабочего хода (после взаимодействия индентора с образцом). Для этого устройство снабжено угломером (транспортир) 25 отклонений маятника. Угломер 25 может быть установлен на стойке, отсчет угла φ может производиться по штанге 4 или специально устанавливаемой на оси 3 стрелке. To change the fracture energy (impact) of the samples by changing the angle φ of the pendulum, it is important to know the angle in the initial (before work) position and the end of the stroke (after the indenter interacts with the sample). For this, the device is equipped with a protractor (protractor) 25 deviations of the pendulum. The protractor 25 can be mounted on a stand; the angle φ can be counted along the rod 4 or arrow specially installed on the axis 3.

Для облегчения условий работы и повышении точности регистрации угла отклонения маятника в конце рабочего хода удобно было бы, если бы маятник фиксировался в этих крайних положениях. Это возможно различным образом. Например, за счет применения магнитов 26, устанавливаемых на угломере и взаимодействующих со штангой 4 или упомянутой стрелкой угломера. Опыты показали, что удобство и точность хорошо обеспечиваются при использовании храпового механизма (устройство механизма общеизвестно, поэтому здесь не описывается, например, храповое колесо в виде сектора устанавливается вместе с угломером, собачка - на штанге 4). To facilitate working conditions and improve the accuracy of recording the angle of deviation of the pendulum at the end of the stroke, it would be convenient if the pendulum was fixed in these extreme positions. This is possible in various ways. For example, through the use of magnets 26 mounted on the goniometer and interacting with the rod 4 or the aforementioned arrow of the goniometer. The experiments showed that convenience and accuracy are well ensured when using the ratchet mechanism (the mechanism is well known, therefore it is not described here, for example, the ratchet wheel in the form of a sector is installed together with the goniometer, the dog is on the bar 4).

Для удобства работы и экономии "памяти" контролирующих (регистрирующих, записывающих) сигналы акустической эмиссии приборов удобно было бы, если бы приборы работали не все время, а начинали свою работу в некоторый момент времени, предшествующий началу взаимодействия индентора с образцом. Следовательно, в устройстве необходим механизм, отслеживающий положение маятника во время его рабочего хода и включающий "пуск" приборов до начала взаимодействия индентора и образца. Это можно осуществить разными методами (реле времени, импульс акустической эмиссии и т.д.). Опыты показали, что удобна система фотоэлектрического запуска, состоящая из источника 27 света, его приемника (и преобразователя) 28. Сигналом для срабатывания системы запуска является момент перекрытия света штангой 4 (или любым специальным флажком, установленным на оси). For the convenience of work and saving the “memory” of the control (recording, recording) signals of acoustic emission of instruments, it would be convenient if the instruments did not work all the time, but began their work at some point in time preceding the beginning of the interaction of the indenter with the sample. Therefore, the device needs a mechanism that tracks the position of the pendulum during its working stroke and includes the "start" of the devices before the interaction of the indenter and the sample. This can be done by various methods (time relay, acoustic emission pulse, etc.). The experiments showed that a photovoltaic trigger system is convenient, consisting of a light source 27, its receiver (and converter) 28. The signal for triggering the trigger system is the moment the light is blocked by the rod 4 (or any special flag installed on the axis).

Во многих случаях испытания материалов необходимо проводить при температуре, отличающейся от нормальной. Это можно осуществить различным образом (заранее нагреть образцы, воздействовать на них в устройстве с помощью луча лазера и т.д.). В том числе за счет обеспечения устройства собственной системой нагрева (и охлаждения) образцов. Так, в корпусе 8 столика может быть выполнена ниша 29, в ней размещена электронагревательная спираль 30 с регулированием подаваемого напряжения. В результате нагрева спирали при пропускании через нее электрического тока нагревается корпус 8 столика и образцы 15, находящиеся в его кармане 16. Для охлаждения (и регулирования градиента и величины температуры) образцов устройство может быть снабжено системой наддува 31 воздуха, например вентилятором. Вопросы тепло- и электробезопасности решаются несложно (например, изоляционные пластины показаны сложной штриховкой на фиг. 6). In many cases, testing of materials must be carried out at a temperature different from normal. This can be done in various ways (preheat the samples, act on them in the device using a laser beam, etc.). Including by providing the device with its own heating (and cooling) system of samples. So, in the case 8 of the table, a niche 29 can be made, an electric heating coil 30 is placed in it with regulation of the supplied voltage. As a result of heating the spiral while passing electric current through it, the table body 8 and the samples 15 located in its pocket 16 are heated. For cooling (and regulating the gradient and temperature value) of the samples, the device can be equipped with an air pressurization system 31, for example, a fan. The issues of heat and electrical safety are not difficult to solve (for example, insulating plates are shown by complex hatching in Fig. 6).

При любом методе обеспечения нагрева образцов их температурное поле будет воздействовать на датчик 17, в результате чего возможен его выход из строя и снижение точности контроля результатов испытаний. Теплоизоляция датчика от образцов ухудшает условия прохождения акустических волн. Решение возможно посредством выноса датчика (из кармана 16) за пределы температурного поля посредством звуковода 32 (выполненного из материала, хорошо проводящего акустические волны), один конец которого взаимодействует с образцами, а на втором установлен датчик 17. Звуковод можно смонтировать на столике 8 с обеспечением подавления акустических помех, идущих через столик (за счет прокладок из акустиконепроводящих материалов). Работа устройства аналогична, только акустические волны при взаимодействии индентора с образцом на датчик будут передаваться через звуковод. Их искажения незначительны (при изготовлении зуковода из чистых материалов). With any method for ensuring heating of samples, their temperature field will affect the sensor 17, as a result of which it may fail and reduce the accuracy of the control of test results. Thermal insulation of the sensor from the samples worsens the conditions for the passage of acoustic waves. The solution is possible by moving the sensor (out of pocket 16) out of the temperature field by means of a sound guide 32 (made of a material that conducts acoustic waves well), one end of which interacts with the samples, and a sensor 17 is installed on the other. The sound guide can be mounted on stage 8 with suppression of acoustic noise going through the table (due to gaskets made of acoustically non-conductive materials). The operation of the device is similar, only acoustic waves during the interaction of the indenter with the sample to the sensor will be transmitted through the sound guide. Their distortions are insignificant (in the manufacture of a zukovod from pure materials).

Для работы устройства с использованием нагрева образцов глубина внедрения индентора будет зависеть не только от настройки механизмом 5 микрометрических перемещений величины радиуса R маятника, но и от линейного расширения материала образца в результате нагрева. Величину этого линейного расширения необходимо учитывать. Это можно делать расчетным путем. Однако опыты показали, что лучше знать истинное положение испытуемой поверхности образца и задавать глубину внедрения индентора от этого истинного положения. Контролировать истинное положение испытуемой поверхности образца можно посредством механизма (типовой, стандартный, например, основанный на емкостном принципе) контроля малых (от 1 микрона) линейных перемещений. Такой механизм 33 может быть смонтирован на стойке как откидной. Работа состоит в следующем. Устанавливают образец 15. Приводят индентор 6 в соприкосновение с ним (с его испытуемой верхней поверхностью), отводят маятник в исходное положение, механизмом 5 задают требуемую глубину h внедрения. Подводят к той же поверхности образца механизм 33 малых линейных перемещений, опускают на испытуемую поверхность его щуп 34, фиксируют (по показаниям механизма 33) положение испытуемой поверхности. Механизм 33 отводят в сторону (для исключения воздействия тепла). Нагревают образцы до требуемой температуры. Подводят механизм 33, опускают щуп 34 на ту же поверхность, регистрируют величину Δ h изменения положения поверхности. Эту величину Δh изменения положения поверхности отсчитывают или отнимают (посредством перенастройки механизма 5) от величины h. For the device to work using heating the samples, the indenter penetration depth will depend not only on the mechanism 5 of adjusting the micrometric displacements of the radius R of the pendulum, but also on the linear expansion of the sample material as a result of heating. The magnitude of this linear expansion must be considered. This can be done by calculation. However, experiments showed that it is better to know the true position of the test surface of the sample and to set the depth of penetration of the indenter from this true position. The true position of the test surface of the sample can be controlled by means of a mechanism (typical, standard, for example, based on the capacitive principle) for controlling small (from 1 micron) linear displacements. Such a mechanism 33 can be mounted on a rack as a folding. The work is as follows. Set the sample 15. Indenter 6 is brought into contact with it (with its tested upper surface), the pendulum is returned to its original position, mechanism 5 sets the desired penetration depth h. A small linear displacement mechanism 33 is brought to the same surface of the sample, its probe 34 is lowered onto the test surface, the position of the test surface is fixed (according to the indications of mechanism 33). The mechanism 33 is set aside (to exclude exposure to heat). Heat the samples to the desired temperature. The mechanism 33 is brought down, the probe 34 is lowered to the same surface, the value Δ h of the change in the position of the surface is recorded. This value Δh of a change in the position of the surface is counted or subtracted (by reconfiguring mechanism 5) from the value of h.

Для обеспечения возможности хранения (а значит, для повторного использования при анализе) и повышения качества обработки (регистрации) результатов испытания образцов устройство может быть оснащено аналого-цифровым преобразователем 35, взаимодействующим с датчиком 15 и кодирующим сигналы акустической эмиссии в тот вид, который используется в современных средствах обработки информации, например в программируемых электронно-вычислительных машинах (ЭВМ). Это позволяет исключить упомянутые выше приборы контроля и анализа сигналов акустической эмиссии, т.е. весь тракт будет иметь минимальную конфигурацию и состоять из датчика, аналого-цифрового преобразователя и ЭВМ. Аналого-цифровой преобразователь 35 может монтироваться на устройстве или вне него. To ensure the possibility of storage (and therefore for reuse in the analysis) and to improve the quality of processing (recording) of the test results of the samples, the device can be equipped with an analog-to-digital converter 35 that interacts with the sensor 15 and encodes the acoustic emission signals in the form used in modern means of information processing, for example, in programmable electronic computers (computers). This eliminates the aforementioned instruments for monitoring and analyzing acoustic emission signals, i.e. the entire path will have a minimum configuration and will consist of a sensor, an analog-to-digital converter, and a computer. A / D converter 35 may be mounted on or off the device.

В сравнении с базовым объектом (им принят любой твердомер или микротвердомер, например модели ПМТ-3) заявляемый объект позволяет расширить технологические возможности в 5-7 раз, повысить уровень получаемых результатов испытаний, их точность, повысить удобство эксплуатации, скорость и качество обработки информации по результатам испытаний. In comparison with the base object (he accepted any hardness tester or microhardness tester, for example, ПМТ-3 model), the claimed object allows to expand technological capabilities by 5-7 times, increase the level of test results obtained, their accuracy, improve usability, speed and quality of information processing by test results.

Claims

1. A device for testing materials, which includes a base with an interconnected pendulum capable of reciprocating motion and bearing an indenter on the rod, as well as an indenter containing a material loading unit and a test results recording system, characterized in that it is equipped with a two-coordinate base a rotary table for fixing, moving and rotating the samples, an acoustic emission receiver interacting with the test results recording system, stands for positioning axis of the pendulum, and the indenter is mounted in the mechanism of micrometric movements mounted on the end of the rod, which is the body of the pendulum, the opposite end of the rod is mounted on the axis of the pendulum, the loads are placed on the rod, and is also equipped with an angle meter for deflecting the pendulum and a mechanism for fixing the position of the pendulum in the extreme position, made, for example, in the form of a ratchet mechanism, a trigger system for recording acoustic emission, made, for example, in the form of a photovoltaic trigger system, a heating system va and cooling the samples made for example in the form of the electric heating coil and air boost control mechanism linear displacement of the test specimen.

2. The device according to claim 1, characterized in that the acoustic emission receiver is mounted on the specified table with direct contact with the samples.

3. The device according to claim 1, characterized in that when using the heating of the samples, the acoustic emission receiver is mounted on a sound guide interacting with the samples and mounted on a table to suppress acoustic noise.

4. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an analog-to-digital converter that interacts with an acoustic emission receiver and a system for recording test results.

5. The device according to claim 1, characterized in that the axis of the reciprocating motion of the pendulum is mounted in racks with the possibility of suppressing acoustic noise mainly through bushings of acoustically non-conductive material.

6. The device according to claim 1, characterized in that it is further provided with means for optical control of the destruction of the samples.