RU2373515C1 - Facility for evaluating hardness of material by method of scratching - Google Patents

Facility for evaluating hardness of material by method of scratching Download PDF

Info

Publication number
RU2373515C1
RU2373515C1 RU2008124457/28A RU2008124457A RU2373515C1 RU 2373515 C1 RU2373515 C1 RU 2373515C1 RU 2008124457/28 A RU2008124457/28 A RU 2008124457/28A RU 2008124457 A RU2008124457 A RU 2008124457A RU 2373515 C1 RU2373515 C1 RU 2373515C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
facility
indenter
cylinder
screw
rod
Prior art date
Application number
RU2008124457/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Сергеевич Уткин (RU)
Владимир Сергеевич Уткин
Владимир Федорович Меньшиков (RU)
Владимир Федорович Меньшиков
Original Assignee
ГОУ ВПО "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОУ ВПО "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) filed Critical ГОУ ВПО "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ)
Priority to RU2008124457/28A priority Critical patent/RU2373515C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2373515C1 publication Critical patent/RU2373515C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention refers to test engineering. The facility is installed directly on a structure. The facility consists of a working element including a resilient part and a rod with an indenter; a square diamond pyramid with angles between facets at top of 136 degrees is used as an indenter; also the facility consists of a load measuring device and of an instrument for autonomous measuring of scratch width. Further the facility consists of a hollow cylinder, a resilient element in form of a screw cylinder spring the degree of compression of which is the measure of load, pair screw-nut for spring loading, a plate on a lower part of the facility with screws for fixing the facility on curvilinear surface of an item, and stop rod with a tempered pointed end to be immovably fixed on the item by means of punching and connected with the cylinder by pivots and by the screw-nut mechanism for transfer of the cylinder with the indenter over surface of the item; also the facility consists of the load measuring device in form of a graduated scale.
EFFECT: expanded functionality.
4 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения твердости материалов непосредственно в машинах и механизмах.The invention relates to testing equipment and can be used to determine the hardness of materials directly in machines and mechanisms.

В качестве аналога выбраны микротвердомеры, которые [Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В 2-х ч. Часть 2. Механические испытания. Конструкционная прочность /Я.Б.Фридман. - М.: Машиностроение, 1974. 368 с., с.84] принципиально не отличаются от приборов, предназначенных для определения макротвердости.Microhardness testers which [Friedman Ya.B. The mechanical properties of metals. In 2 hours. Part 2. Mechanical tests. Structural Strength / Ya.B. Fridman. - M .: Mashinostroenie, 1974. 368 p., P. 84] do not fundamentally differ from devices designed to determine macrohardness.

Известно [Тененбаум М.М. Склерометры для изучения сопротивления. // Склерометрия, с.118 - с.134] устройство - склерометр СТ различных модификаций для определения сопротивления материалов царапанию.It is known [Tenenbaum M.M. Sclerometers for resistance studies. // Sclerometry, p.118 - p.134] device - CT sclerometer of various modifications to determine the resistance of materials to scratching.

Основными элементами данного устройства являются: опорный столик с микроскопом, шарнирно закрепленный рычаг с индентором в виде алмазной трехгранной пирамиды на конце, набор дискретных грузов, устанавливаемых непосредственно на рычаге, приводное устройство с электродвигателем типа РД-09 с встроенным редуктором.The main elements of this device are: a supporting table with a microscope, a pivotally mounted lever with an indenter in the form of a diamond trihedral pyramid at the end, a set of discrete weights installed directly on the lever, a drive device with an RD-09 type electric motor with an integrated gearbox.

Основным недостатком данного устройства является функциональная ограниченность, заключающаяся в измерении твердости материалов только на образцах ограниченных размеров, а также дискретность силы нагружения, малая длина царапины (2 мм), на длине которой число измерений ширины царапины крайне мало (1÷2), необходимость обработки поверхности образцов (∇11), по которой измеряется твердость материалов.The main disadvantage of this device is the functional limitation, consisting in measuring the hardness of materials only on samples of limited sizes, as well as the discreteness of the loading force, a small scratch length (2 mm), along the length of which the number of measurements of the scratch width is extremely small (1 ÷ 2), the need for processing sample surface (образцов11), which is used to measure the hardness of materials.

В качестве прототипа выбрано устройство (патент RU 2308018 G01N 3/46) для определения твердости материалов методом царапания, содержащее два жестких рычага, упругий элемент, опорный столик, индентор в виде квадратной алмазной пирамиды с углом между гранями при вершине 136°, фиксаторы, нагружающее устройство в виде винта, измеритель нагрузки в виде индикатора часового типа, устройство крепится непосредственно на конструкцию, твердость материала которой определяется. Прибор для измерения ширины царапины является автономным.As a prototype, a device was selected (patent RU 2308018 G01N 3/46) for determining the hardness of materials by scratching, containing two rigid levers, an elastic element, a support table, an indenter in the form of a square diamond pyramid with an angle between the faces at the top of 136 °, clamps, loading a device in the form of a screw, a load meter in the form of a dial indicator, the device is mounted directly on the structure, the material hardness of which is determined. The device for measuring the width of the scratch is autonomous.

Недостатками этого устройства являются: ограниченность по функциональному применению, заключающаяся в том, что с его помощью нельзя определить твердость материала конструкций, не обладающих постоянной толщиной и плоскими поверхностями, например круглых валов, зубьев с эвольвентной поверхностью, а также невозможность использования при доступе к одной из двух поверхностей, например замкнутый резервуар, шарик подшипника.The disadvantages of this device are: the limited functional application, which consists in the fact that it cannot be used to determine the hardness of the material of structures that do not have constant thickness and flat surfaces, for example round shafts, teeth with an involute surface, as well as the inability to use when accessing one of two surfaces, for example a closed tank, a ball of the bearing.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения твердости материалов методом царапания непосредственно в элементах конструкции и в деталях машин с криволинейными, ломаными и другими геометрическими поверхностями при затрудненном доступе к ним, для замкнутых, шаровых и других объектов.The aim of the invention is to expand the functionality of the device for determining the hardness of materials by scratching directly in the structural elements and in the details of machines with curved, broken and other geometric surfaces with difficult access to them, for closed, spherical and other objects.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения твердости материалов методом царапания крепится непосредственно на конструкции, содержит рабочий орган, состоящий из штока с индентором, в качестве индентора использована квадратная алмазная пирамида с углами между гранями при вершине 136 градусов, прибора для автономного измерения ширины царапины, также полый цилиндр, упругий элемент в виде винтовой цилиндрической пружины, степень сжатия которой будет являться мерой нагружения, пару винт-гайка для нагружения пружины, плиту на нижней части устройства с винтами для фиксации устройства на криволинейной поверхности детали, упорный стержень, соединенный шарнирно с цилиндром с помощью механизма винт-гайка для перемещения цилиндра с индентором по поверхности детали, измеритель нагрузки в виде тарированной шкалы.This goal is achieved by the fact that the device for determining the hardness of materials by scratching is mounted directly on the structure, contains a working body consisting of a rod with an indenter, a square diamond pyramid with angles between the faces at the top of 136 degrees is used as an indenter, a device for offline measurement of scratch width , also a hollow cylinder, an elastic element in the form of a coil spring, the compression ratio of which will be a measure of loading, a screw-nut pair for spring loading, p um, on the bottom of the device with screws to fix the devices on the curved surface of the workpiece, the thrust rod is pivotally connected to the cylinder via a screw-nut mechanism for moving the cylinder with the indenter on the workpiece surface, a load meter calibrated scale.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, где 1 - винтовая пара, 2 - полый цилиндр, 3 - шток с индентором, 4 - пружина, 5 - упорный подшипник для избежания скручивания пружины, 6 - стрелка, 7 - линейка с тарированной шкалой, 8 - плита, 9 - опорные винты, фиксирующие положение устройства на поверхности детали, 10 - упорный стержень с закаленным заостренным концом, соединенный с цилиндром шарниром 11 и винтовой парой 12 для поступательного движения цилиндра с индентором.Figure 1 shows the proposed device, where 1 is a screw pair, 2 is a hollow cylinder, 3 is a rod with an indenter, 4 is a spring, 5 is a thrust bearing to avoid twisting of the spring, 6 is an arrow, 7 is a ruler with a calibrated scale, 8 - plate, 9 - supporting screws securing the position of the device on the surface of the part, 10 - thrust rod with a hardened pointed end connected to the cylinder by a hinge 11 and a screw pair 12 for translational movement of the cylinder with the indenter.

На фиг.2 - вид сверху.Figure 2 is a top view.

На фиг.3 изображена схема тарировки устройства, где 13 - накладка динамометра, 14 - упругий элемент, 15 - индикатор.Figure 3 shows the calibration scheme of the device, where 13 is the overlay of the dynamometer, 14 is an elastic element, 15 is an indicator.

На фиг.4 - тарировочный график.Figure 4 is a calibration graph.

Устройство работает следующим образом. Прибор устанавливают на поверхности испытываемой детали машины или элементе конструкции. Если деталь расположена внутри корпуса и доступ к ней затруднен, то в ней делают с помощью кернения конусное углубление (на 1-2 мм) и в углубление устанавливают закаленный заостренный конец упорного стержня 10. Затем устройство фиксируют на поверхности детали с помощью опорных винтов 9, расположенных в плите 8. Винтовой парой 1 производят установку штока 3 на определенную нагрузку, определяемую по величине перемещения стрелки 6 с помощью тарированной шкалы 7. Давление руки на верхнюю часть корпуса устройства сжимает пружину 4. Степень сжатия пружины будет определять величину нагрузки на шток с индентером (для стали к усилие составляет 80 Н [Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В 2-х ч. Часть 2. Механические испытания. Конструкционная прочность /Я.Б. Фридман. - М.: Машиностроение, 1974. 368 с., с.84]). Вращают гайку винтовой пары 12, соединяющей упорный стержень 10

Figure 00000001
с цилиндром 2, перемещают индентор по поверхности детали с образованием царапины длиной 4-6 мм. Если поверхность детали легкодоступна, то устройство перемещают вручную без использования упорного стержня 10. Таким образом делают 3-4 царапины. Ширину царапины в 2-х разных местах измеряют автономным прибором - микроскопом МПБ с ценой деления 0.02 мм для стальной детали с подсветкой.The device operates as follows. The device is mounted on the surface of the test machine part or structural member. If the part is located inside the housing and access to it is difficult, then a tapered recess (1-2 mm) is made in it with a punch and a hardened pointed end of the thrust rod 10 is installed in the recess. Then the device is fixed on the surface of the part using the support screws 9, located in the plate 8. Screw pair 1 install the rod 3 at a certain load, determined by the amount of movement of the arrow 6 using a calibrated scale 7. Hand pressure on the upper part of the device’s body compresses the spring 4. The compression ratio is the weight will determine the load on the rod with the indenter (for steel, the force is 80 N [Friedman Y.B. Mechanical properties of metals. In 2 hours. Part 2. Mechanical tests. Structural strength / Ya. B. Friedman. - M .: Mechanical engineering, 1974. 368 p., P. 84]). Rotate the nut of the screw pair 12 connecting the thrust rod 10
Figure 00000001
with cylinder 2, the indenter is moved along the surface of the part with the formation of a scratch of 4-6 mm in length. If the surface of the part is easily accessible, the device is moved manually without using the thrust rod 10. In this way, 3-4 scratches are made. The width of the scratch in 2 different places is measured by an autonomous instrument - an MPB microscope with a division value of 0.02 mm for a backlighted steel part.

Твердость материала определяют по формуле:The hardness of the material is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

F - давление от индентора на материал,

Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000003
- среднее значение ширины царапины,F is the pressure from the indenter on the material,
Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000003
- the average value of the width of the scratch,

Figure 00000004
Figure 00000004

n - число измеренных значений bi, n is the number of measured values b i,

с - коэффициент, определяемый пробным нагружением материала, при котором ширина царапины b должна быть такой, чтобы относительная погрешность измерения была не более 10%. Так, при измерении микроскопом с ценой деления шкалы 0,02 мм ширина царапины должна быть не менее 0,2 мм.c is the coefficient determined by the test loading of the material at which the scratch width b should be such that the relative measurement error is not more than 10%. So, when measured with a microscope with a scale division of 0.02 mm, the scratch width should be at least 0.2 mm.

В зависимости от твердости материала, толщины элемента конструкции и соответственно силы давления индентора используют различную величину сжатия пружины 4.Depending on the hardness of the material, the thickness of the structural element and, accordingly, the indenter pressure force, a different amount of compression of the spring 4 is used.

Устройство тарируют с помощью динамометра ДОСМ-100 следующим образом (фиг.3): его устанавливают на динамометр на накладку 13 индентором, винтовой парой 1 нагружают пружину 4, через шток 3 нагрузка передается на упругий элемент 14 динамометра, отмечают перемещение флажка 6 относительно шкалы 7 согласно значениям на индикаторе динамометра 15. По результатам измерений строят Δ-F график (фиг.4) зависимости перемещения флажка (штока) 6 от значения усилий F на индикаторе динамометра 15.The device is calibrated using a DOSM-100 dynamometer as follows (Fig. 3): it is mounted on the dynamometer on the plate 13 by the indenter, the spring 4 is loaded with a screw pair 1, the load is transmitted through the rod 3 to the elastic element 14 of the dynamometer, flag 6 is moved relative to scale 7 according to the values on the dynamometer indicator 15. Based on the measurement results, a Δ-F graph is constructed (Fig. 4) of the dependence of the movement of the flag (rod) 6 on the force value F on the dynamometer indicator 15.

Разрабатываемое устройство позволяет определить твердость деталей машин и конструкций в малодоступных и стесненных местах, деталей, имеющих сложную геометрическую форму различных размеров.The developed device allows you to determine the hardness of machine parts and structures in inaccessible and cramped places, parts having complex geometric shapes of various sizes.

Claims (1)

Устройство для определения твердости материалов методом царапания, установленное непосредственно на конструкции, содержащее рабочий орган, состоящий из упругого элемента, штока с индентором, в качестве индентора использована квадратная алмазная пирамида с углами между гранями при вершине 136°, измерителя нагрузки, прибора для автономного измерения ширины царапины, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит полый цилиндр, упругий элемент в виде винтовой цилиндрической пружины, степень сжатия которой является мерой нагружения, пару винт-гайка для нагружения пружины, плиту на нижней части устройства с винтами для фиксации устройства на криволинейной поверхности детали, упорный стержень с закаленным острым концом для неподвижного закрепления на детали с помощью кернения, соединенный с цилиндром механизмом винт-гайка для перемещения цилиндра с индентором по поверхности детали и снабженный шарнирами, измеритель нагрузки в виде тарированной шкалы. A device for determining the hardness of materials by scratching installed directly on the structure, containing a working body consisting of an elastic element, a rod with an indenter, a square diamond pyramid with angles between the faces at a vertex of 136 °, a load meter, an instrument for autonomous width measurement is used as an indenter scratches, characterized in that it further comprises a hollow cylinder, an elastic element in the form of a helical coil spring, the compression ratio of which is a measure of loading, pa screw nut for spring loading, a plate on the bottom of the device with screws for fixing the device on the curved surface of the part, a thrust rod with a hardened sharp end for fixed fastening to the part by punching, connected to the cylinder by a screw-nut mechanism for moving the cylinder with an indenter on the surface of the part and equipped with hinges, a load meter in the form of a calibrated scale.
RU2008124457/28A 2008-06-16 2008-06-16 Facility for evaluating hardness of material by method of scratching RU2373515C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124457/28A RU2373515C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Facility for evaluating hardness of material by method of scratching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124457/28A RU2373515C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Facility for evaluating hardness of material by method of scratching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2373515C1 true RU2373515C1 (en) 2009-11-20

Family

ID=41477963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008124457/28A RU2373515C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Facility for evaluating hardness of material by method of scratching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2373515C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473881C1 (en) * 2011-09-27 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) Apparatus for determining hardness of materials by scratching technique
RU2499246C2 (en) * 2011-04-05 2013-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Method to determine strength characteristics of material and device for its realisation
CN104374658A (en) * 2014-10-10 2015-02-25 浙江理工大学 Spring-loaded silk floss quilt compression resilience tester based on displacement sensor
RU2682979C1 (en) * 2017-10-30 2019-03-25 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Method and stand for modeling biaxial shock load to test object

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499246C2 (en) * 2011-04-05 2013-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Method to determine strength characteristics of material and device for its realisation
RU2473881C1 (en) * 2011-09-27 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) Apparatus for determining hardness of materials by scratching technique
CN104374658A (en) * 2014-10-10 2015-02-25 浙江理工大学 Spring-loaded silk floss quilt compression resilience tester based on displacement sensor
RU2682979C1 (en) * 2017-10-30 2019-03-25 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Method and stand for modeling biaxial shock load to test object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100418700B1 (en) Ball indenter based on FEA solutions for property evaluation
US7258022B2 (en) Micro-tensile testing system
CZ2015420A3 (en) Indentation head, instrumented measuring system and method of determining mechanical properties of materials using indentation method
RU2373515C1 (en) Facility for evaluating hardness of material by method of scratching
GB2366391A (en) Scratch resistance testing apparatus and method
RU2451281C1 (en) Method for determining mechanical characteristics of rods from polymer composite materials, and device for its implementation (versions)
Miljojković et al. DETERMINING ELASTIC MODULUS OF THE MATERIAL BY MEASURING THE DEFLECTION OF THE BEAM LOADED IN BENDING.
Sader et al. Susceptibility of atomic force microscope cantilevers to lateral forces: Experimental verification
RU2350898C1 (en) Crank-lever indicator tensometer
US3675479A (en) Spring tester
RU2308018C1 (en) Device for measuring rigidity of material
CN108020466B (en) Split type miniature extensometer for measuring stretching deformation of small-sized in-situ stretching instrument
Schiavi et al. Indentation modulus at macro-scale level measured from Brinell and Vickers indenters by using the primary hardness standard machine at INRiM
RU2658102C2 (en) Bench for the materials compression testing
RU2473881C1 (en) Apparatus for determining hardness of materials by scratching technique
Park et al. Tensile and high cycle fatigue tests of NiCo thin films
Conte et al. Frequency specific characterization of very soft polymeric materials using nanoindentation testing
RU2774783C1 (en) Installation for diagnostics of the bearing capacity of the surface layers of products
RU2141106C1 (en) Sclerometer
RU2189025C1 (en) Specimen strength tester
CN220625949U (en) Mobile platform for linear wear test of super-wetted surface
CN219694750U (en) Tensile sample elongation after break measuring device
CN112595622A (en) Shore durometer test force calibrating device
RU79336U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE STRENGTH OF CONCRETE AND MORTAR
Jadhav Effect of Bi-axial Residual Stresses on the Micro-Indentation Behaviour of Bulk Materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100617