RU2515122C1

RU2515122C1 - Stationary durometer for measurement of hardness of metal samples under negative temperature

Info

Publication number: RU2515122C1
Application number: RU2012148539/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Митрофанов; Виктор Анатольевич Ломанцов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техдиагностика"
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-10

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to control of metal hardness on a stationary durometer and may be used for multiple control of hardness of metal samples under specified established negative temperature, for instance, for indirect assessment of critical brittleness temperature (CBT) with usage of temperature dependences of hardness produced on the metal sample, sufficient to measure hardness, in cases, when it is not possible to determine CBT according to impact bending test results due to absence of sufficient quantity of metal for manufacturing of samples. The durometer comprises a body, an object stage with the possibility of rotation and vertical movement, an indenter with a system of movements and a system of sample loading. The durometer is equipped with a system of cooling and regulation of sample temperature, comprising a Dewar vessel with liquid nitrogen, supply and drain hoses, connected to the object stage, which is made in the form of a chamber with a heat insulating body and a cuvette placed inside of it with alcohol for the sample. The chamber body is equipped with a temperature sensor, the supply hose is connected with the Dewar vessel via a regulating tap, and on the drain hose there is a manometer and a duplicating tap.

EFFECT: possibility of multiple measurement of hardness on one metal sample at specified established negative temperature.

3 dwg

Description

Изобретение относится к контролю твердости металла на стационарном твердомере и может быть использовано для многократного контроля твердости образцов металла при заданной установившейся отрицательной температуре, например, для косвенной оценки критической температуры хрупкости (КТХ) с использованием температурных зависимостей твердости, полученных на образце металла, достаточном для измерения твердости, в случаях, когда невозможно определить КТХ по результатам испытаний на ударный изгиб из-за отсутствия достаточного количества металла для изготовления образцов (при диагностировании сосудов и аппаратов и т.п.).The invention relates to the control of the hardness of a metal on a stationary hardness tester and can be used to repeatedly control the hardness of metal samples at a given steady-state negative temperature, for example, to indirectly evaluate the critical temperature of brittleness (CTX) using the temperature dependences of hardness obtained on a metal sample sufficient to measure hardness, in cases where it is impossible to determine the performance characteristics of the tests for impact bending due to the lack of a sufficient amount of tall for the manufacture of samples (for the diagnosis of vessels and apparatus, etc.).

Известен твердомер (Мальков О.В., Литвиненко А.В. Измерение твердости металлов, http://wwwcdl.bmstu.ru/mt2/malkovl/izmerenie_tverdosti_metallov.pdf. режим доступа 12.10.2012.), включающий корпус, предметный стол с возможностью вращения и вертикального перемещения, индентор с системой перемещений, систему нагружения образца и систему измерения степени деформации.Known hardness tester (Malkov O.V., Litvinenko A.V. Measurement of hardness of metals, http://wwwcdl.bmstu.ru/mt2/malkovl/izmerenie_tverdosti_metallov.pdf. Access mode 12.10.2012.), Including the case, the subject table with the possibility of rotation and vertical movement, an indenter with a displacement system, a sample loading system and a system for measuring the degree of deformation.

Недостатком данного технического решения является невозможность проведения замеров твердости при заданной установившейся отрицательной температуре.The disadvantage of this technical solution is the inability to measure hardness at a given steady-state negative temperature.

Техническим результатом изобретения является многократное измерение твердости на одном образце металла при заданной установившейся отрицательной температуре.The technical result of the invention is the multiple measurement of hardness on one metal sample at a given steady-state negative temperature.

Техническая задача решается тем, что твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре, включающий корпус, предметный стол с возможностью вращения и вертикального перемещения, индентор с системой перемещений, систему нагружения образца, снабжен системой охлаждения и регулирования температуры образца, состоящей из сосуда Дьюара с жидким азотом, подводящего и отводящего шлангов, связанных с предметным столом, который выполнен в виде камеры с теплоизолирующим корпусом и размещенной внутри нее кюветы со спиртом для образца, причем корпус камеры снабжен датчиком температуры, подводящий шланг соединен с сосудом Дьюара через регулировочный кран, а на отводящем шланге расположены манометр и дублирующий кран.The technical problem is solved in that a stationary hardness tester for measuring the hardness of metal samples at negative temperature, including a housing, a rotary table and a vertical table, an indenter with a movement system, a sample loading system, is equipped with a cooling and temperature control system for the sample, consisting of a Dewar vessel with liquid nitrogen, inlet and outlet hoses associated with the object table, which is made in the form of a chamber with a heat-insulating body and placed inside the cell sample with an alcohol, wherein the camera body is provided with a temperature sensor, the feed hose is connected to the Dewar through a control valve, and arranged on the suction hose and backup pressure gauge valve.

Охлаждение предметного стола, спирта и образца достигается за счет испарения жидкого азота, поступающего из сосуда Дьюара.The cooling of the object table, alcohol and sample is achieved by the evaporation of liquid nitrogen from the Dewar vessel.

На фиг.1 показана схема твердомера, на фиг.2 - поворотное устройство предметного стола твердомера, на фиг.3 - измерение твердости металла при заданной отрицательной температуре на твердомере.In Fig.1 shows a diagram of the hardness tester, in Fig.2 is a rotary device of the object table of the hardness tester, Fig.3 is a measurement of the hardness of the metal at a given negative temperature on the hardness tester.

Твердомер стационарный для измерения твердости образцов металла при отрицательной температуре включает корпус 1, предметный стол 2 с системой 3, обеспечивающей возможность вращения и вертикального перемещения, индентор 4 с системой перемещений 5, систему нагружения образца 6 и систему охлаждения и регулирования температуры образца. Система охлаждения и регулирования температуры образца состоит из сосуда Дьюара 7 с жидким азотом, подводящего 8 и отводящего 9 шлангов, связанных с предметным столом 2, который выполнен в виде камеры с теплоизолирующим корпусом 10 для снижения теплообмена с окружающей средой. Внутри камеры с теплоизолирующим корпусом 10 установлена кювета 11 со спиртом для равномерного отвода тепла от образца. Теплоизолирующий корпус 12 камеры снабжен датчиком температуры 13, соединенным с визуализатором температуры измерения 14, для контроля достижения требуемой температуры и охлаждения образца при проведении измерений твердости. Подводящий 8 шланг соединен с сосудом Дьюара 7 регулировочным краном 15 для регулирования скорости охлаждения и обеспечения заданных отрицательных температур, а на отводящем 9 шланге расположены манометр 16 и кран дублирующий 17 для более точного регулирования и фиксирования заданных значений отрицательных температур.A stationary hardness tester for measuring the hardness of metal samples at negative temperature includes a housing 1, a table 2 with a system 3 that allows rotation and vertical movement, an indenter 4 with a movement system 5, a loading system for sample 6, and a cooling and temperature control system for the sample. The cooling and temperature control system of the sample consists of a Dewar vessel 7 with liquid nitrogen, leading 8 and leading 9 hoses connected to the object table 2, which is made in the form of a chamber with a heat-insulating casing 10 to reduce heat exchange with the environment. Inside the chamber with a heat-insulating body 10, a cuvette 11 with alcohol is installed for uniform heat removal from the sample. The heat-insulating body 12 of the camera is equipped with a temperature sensor 13 connected to the visualizer of the temperature measurement 14 to monitor the achievement of the required temperature and cooling of the sample during hardness measurements. The inlet 8 hose is connected to the Dewar vessel 7 by an adjusting valve 15 for regulating the cooling rate and providing the set negative temperatures, and a pressure gauge 16 and a backup valve 17 are located on the outlet 9 hose for more precise regulation and fixing of the set negative temperature values.

Предметный стол 2 через эксцентриковую проставку 18 связан с поворотным устройством, включающим диск 19, в пазу 20 которого установлен поводок 21, связанный через стойку 22 с манометром 16. Хомут 23 обеспечивает связь предметного стола 2 с предметной стойкой 24. Поворотное устройство обеспечивает достаточное количество точек измерения твердости на образце без перемещения образца по предметному столу 2.The object table 2 through an eccentric spacer 18 is connected with a rotary device including a disk 19, in the groove 20 of which a leash 21 is connected, connected through a rack 22 with a pressure gauge 16. A clamp 23 provides a connection between the object table 2 and the object rack 24. The rotary device provides a sufficient number of points measuring hardness on the sample without moving the sample on the object table 2.

Твердомер работает следующим образом.Hardness tester works as follows.

Образец металла помещают в кювете 11 со спиртом на стол предметный 2 и устанавливают соответствующие грузы системы нагружения 6. Открывают регулировочный кран 15, и жидкий азот из сосуда Дьюара 7 попадает в камеру с теплоизолирующим корпусом 10, где, испаряясь, охлаждает металл образца до заданной отрицательной температуры. Температуру отслеживают на визуализаторе температуры измерения 14 и при достижении необходимой отрицательной температуры регулировочный кран 15 прикрывают. Для более точного регулирования скорости охлаждения и фиксирования заданных значений отрицательных температур используют дублирующий 17 кран. С помощью системы 3 поднимают предметный стол 2 до соприкосновения индентора 4 с образцом металла. Затем системой нагружения образца 6 создается необходимая нагрузка и фиксируется глубина внедрения индентора 4 в образец, производится измерение твердости на образце, после чего ослабляют болтовое соединение поводка 21 с диском 19 и ключом поворачивают эксцентриковую проставку 18 на небольшой угол, в этом случае образец смещается относительно индентора 4 твердомера, что позволяет проводить несколько измерений твердости во всем диапазоне необходимых температур без перемещения образца по кювете 11, после поворота эксцентриковой проставки 18 затягивается болтовое соединение поводка 21 с диском 19 и производится повторное измерение твердости металла образца.The metal sample is placed in a cuvette 11 with alcohol on the object table 2 and the corresponding loads of the loading system 6 are installed. The control valve 15 is opened, and liquid nitrogen from the Dewar vessel 7 enters the chamber with a heat-insulating casing 10, where, evaporating, cools the metal of the sample to a predetermined negative temperature. The temperature is monitored on a temperature visualizer of measurement 14, and when the required negative temperature is reached, the control valve 15 is closed. For more precise control of the cooling rate and fixation of the setpoints of negative temperatures, a duplicating valve 17 is used. Using the system 3, raise the object table 2 until the indenter 4 contacts the metal sample. Then, the loading system of the sample 6 is created and the depth of penetration of the indenter 4 into the sample is fixed, the hardness is measured on the sample, then the bolt connection of the lead 21 to the disk 19 is loosened and the eccentric spacer 18 is turned by a small angle, in this case the sample is shifted relative to the indenter 4 hardness testers, which allows several measurements of hardness in the entire range of required temperatures without moving the sample along the cuvette 11, after turning the eccentric spacer 18 the bolted connection of the lead 21 to the disk 19 is tightened and a repeated measurement of the hardness of the metal of the sample is performed.

Использование спирта (этанола) в качестве среды теплообмена обеспечивает достижение необходимой равномерной температуры охлаждения, а полное погружение образца в спирт исключает образования инея в зоне измерения твердости.The use of alcohol (ethanol) as a heat transfer medium ensures the achievement of the required uniform cooling temperature, and the complete immersion of the sample in alcohol eliminates the formation of frost in the hardness measuring zone.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый твердомер позволяет не только осуществить достоверную оценку твердости исследуемого металла контролируемой скоростью охлаждения и заданной величиной отрицательной температуры, но и обеспечивает проведения многократного измерения твердости без перемещения образца на предметном столе.Thus, in comparison with the prototype, the inventive hardness tester allows not only to make a reliable assessment of the hardness of the metal under study at a controlled cooling rate and a predetermined value of the negative temperature, but also provides multiple hardness measurements without moving the sample on the object table.

Claims

Stationary hardness tester for measuring the hardness of metal samples at negative temperature, including a housing, a rotary table and a vertical object table, an indenter with a movement system and a sample loading system, characterized in that the hardness tester is equipped with a cooling and temperature control system for the sample, consisting of a Dewar vessel with liquid nitrogen, inlet and outlet hoses associated with the object table, which is made in the form of a chamber with a heat-insulating body and a cu placed inside it Ety sample with an alcohol, wherein the camera body is provided with a temperature sensor, the feed hose is connected to the Dewar through a control valve, and arranged on the suction hose and backup pressure gauge valve.