SU1744586A2 - Acoustic method of measuring microhardness - Google Patents

Acoustic method of measuring microhardness Download PDF

Info

Publication number
SU1744586A2
SU1744586A2 SU884425692A SU4425692A SU1744586A2 SU 1744586 A2 SU1744586 A2 SU 1744586A2 SU 884425692 A SU884425692 A SU 884425692A SU 4425692 A SU4425692 A SU 4425692A SU 1744586 A2 SU1744586 A2 SU 1744586A2
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
indenter
sample
acoustic
equivalent
surface layer
Prior art date
Application number
SU884425692A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станисловас Йонович Саяускас
Альгис Костович Крегжде
Original Assignee
Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
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 Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса filed Critical Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
Priority to SU884425692A priority Critical patent/SU1744586A2/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1744586A2 publication Critical patent/SU1744586A2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к технике контрол  материалов и изделий, может быть использовано дл  определени  твердости и внутреннего трени  поверхностного сло  материалов и изделий и  вл етс  усовершенствованием основного изобретени  по авт. св. Ns 1231430. Цель изобретени  - повышение информативности за счет дополнительного определени  эквивалентного сопротивлени  потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного сло  материала. Акустический способ измерени  микротвердости по авт. св. isfe 1231430 заключаетс  в дополнительном определении эквивалентного сопротивлени  потерь индентора до внедрени , измерени  частот собственного резонанса индентора до и после внедрени  в испытуемый образец, по разности которых определ ют фактическую площадь зоны контакта индентор - испытуемый образец. П j ПЛОЩЕ ди контакта определ ют механические потери акустической системы, обусловленное излучением индентора акустическ- х в образец, с учетом которых рассчитывают эквивалентное сопротивление потеоь, rfjyc- ловлекных внутренним трением в локальной зоне поверхностного сло . 2 ил., 1 табл.The invention relates to the technique of controlling materials and products, can be used to determine the hardness and internal friction of the surface layer of materials and products and is an improvement of the basic invention according to the authors. St. Ns 1231430. The purpose of the invention is to increase the information content by additionally determining the equivalent loss resistance caused by internal friction in the local zone of the surface layer of the material. Acoustic method for measuring microhardness according to ed. St. isfe 1231430 consists in the additional determination of the equivalent loss resistance of the indenter before implantation, measuring the frequencies of the indenter's own resonance before and after implantation in the test sample, the difference between which determines the actual area of the indenter-contact area of the test sample. The j junction surface of the contact determines the mechanical loss of the acoustic system due to the acoustic emission of the indenter into the sample, taking into account which the equivalent resistance is obtained, which are rfjyc-induced by internal friction in the local zone of the surface layer. 2 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к технике контрол  материалов и изделий, может быть использовано дл  определени  твердости и внутреннего трени  поверхностного сло  материалов и изделий и  вл етс  усовершенствованием акустического способа измерени  микротвердости по авт. св. № 1231430.The invention relates to the technique of controlling materials and products, can be used to determine the hardness and internal friction of the surface layer of materials and products and is an improvement of the acoustic method of measuring microhardness according to the author. St. No. 1231430.

Цель изобретени  - повышение информативности за счет определени  эквивалентного сопротивлени  потерь, обусловленных внутренним трением в локальной зоне поверхностного сло  материала,The purpose of the invention is to increase the information content by determining the equivalent loss resistance caused by internal friction in the local zone of the surface layer of the material,

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства, реализующего способ; на фиг, 2 - конструкци  акустического датчика.FIG. 1 shows a block diagram of a device implementing the method; Fig. 2 illustrates the construction of an acoustic sensor.

Устройство, реализующее акустический способ измерени  микротвердости, содержит микротвердомер ПМТ-3 (не показан), акустический датчик и измерительный блок акустического датчика.A device that implements an acoustic method for measuring microhardness contains a PMT-3 microhardness meter (not shown), an acoustic sensor, and an acoustic sensor measuring unit.

Акустический датчик содержит магнито- стрикционный стержень 1, который одним концом закреплен на массе 2 нагрузки стержн , а другой конец заканчиваетс  инденто- ром 3. К нижнему концу массы 2 нагрузки стержн  прикреплена катушка 4 возбуждени , а к верхнему концу - пьезопреобразо- ватель 5. Акустическа  система, образованна  магнитострикционным стержнем 1, индентором 3, массой 2 нагрузки стержн , катушкой 4 возбуждени  и пьезопitnThe acoustic sensor contains a magnetostriction rod 1, which is fixed at one end to the load mass 2 of the rod, and the other end ends with an indenter 3. The exciter coil 4 is attached to the lower end of the weight 2 of the load rod, and the piezoelectric transducer 5 is attached to the upper end. Acoustic system formed by a magnetostrictive rod 1, an indenter 3, a mass of 2 load rod, excitation coil 4 and piezo

0000

реобразователем 5, собрана в единый жесткий узел и закреплена в стакане 6, который помещен в корпусе 7 акустического датчика таким образом, что стенки стакана 6 в трех точках касаютс  пластмассовых упоров 8, регулируемых винтами 9. Стакан 6 вместе с акустической системой винтом 10 прикреплен к сердечнику 11 соленоида механизма нагрузки, в верхнюю часть которого ввинчен стержень 12, и через шайбу 13 подвешен на компенсационной пружине 14, котора  нижним концом опираетс  на регулировочную гайку 15, навинченную на крышку 16 корпуса 7 акустического датчика. В кольцевое углубление крышки 16 установлена поддерживающа  и направл юща  стержень 12 нейлонова  шайба 17с направл ющим выступом. Катушка 18 соленоида болтами 19 прикреплена к крышке 16. На верхнюю часть шайбы 13 устанавливаютс  грузики 20, Корпус 7 акустического датчика прикреплен к верхнему кронштейну 21 механизма нагружени  микротвердомера ПМТ-3. Магнитострикционный стержень 1 с индентором 3 проходит через отверстие полого штока 22 механизма уравновешивани  деталей индентора микротвердомера ПМТ- 3. Полый шток 22 имеет крепежный винт 23. Измерительный блок содержит усилитель 24 мощности, измерительный усилитель 25, индикатор 26, анализатор 27 спектра, частотомер 28.The transducer 5 is assembled into a single rigid unit and secured in the glass 6, which is placed in the housing 7 of the acoustic sensor so that the walls of the glass 6 at three points touch the plastic stops 8, adjusted by screws 9. The glass 6 with the speaker system is attached to the screw 10 the core 11 of the solenoid of the load mechanism, into the upper part of which the rod 12 is screwed, and through the washer 13 is suspended on the compensation spring 14, which with its lower end rests on the adjusting nut 15 screwed on the cover 16 of the acoustic housing 7 and yes chica. In the annular recess of the cover 16, a supporting and guide rod 12 of a nylon washer 17 is installed with a guide lug. The coil 18 of the solenoid is bolted 19 to the cover 16. On the upper part of the washer 13 weights 20 are mounted. The housing 7 of the acoustic sensor is attached to the upper bracket 21 of the PMT-3 microhardness tester loading mechanism. The magnetostrictive rod 1 with the indenter 3 passes through the hole in the hollow rod 22 of the PMT-3 microhardness meter indenter mechanism for balancing. The hollow rod 22 has a mounting screw 23. The measuring unit contains a power amplifier 24, a measuring amplifier 25, an indicator 26, a spectrum analyzer 27, a frequency meter 28.

Способ реализуетс  следующим образом .The method is implemented as follows.

Испытуемый образец закрепл ют на предметном столике микроскопа так, чтобы исследуема  поверхность образца была параллельна рабочей плоскости предметного столика. Предметный столик микроскопа поворачивают в крайнее правое положение до упора. Макро- и микровинтами перемещают тубус микроскопа дл  наведени  на фокус поверхности образца. Вращением микрометрических винтов предметного столика микроскопа устанавливают нужное дл  измерени  микротвердости место. Предметный столик поворачивают против часовой стрелки до упора. Выбранную нагрузку на индентор 3 в зависимости от твердости испытуемого материала создают изменением в катушке 18 соленоида или установкой на верхнюю часть шайбы 13 грузика 20. Вращением крепежного винта 23 освобождают индентор 3 с магнитострикционным стержнем 1 от полого штока 22.The test sample is fixed on the microscope stage so that the sample surface under study is parallel to the working plane of the stage. The stage of the microscope is turned to the extreme right position until it stops. Macro and microscrews move the microscope tube to focus the sample surface on focus. By rotating the micrometric screws of the microscope stage, the place required for measuring the microhardness is set. The stage is turned counterclockwise until it stops. The selected load on the indenter 3, depending on the hardness of the test material, is created by changing the coil 18 of the solenoid or by installing the weight 20 on the top of the washer 13. Rotate the mounting screw 23 to release the indenter 3 with the magnetostrictive rod 1 from the hollow rod 22.

Затем в сферическом инденторе 3 возбуждают резонансные колебани  автогенератором , образованным пьезопреобразователем 5, усилителем 24 мощности с обратной св зью и катушкой 4 возбуждени . Амплитуду колебаний индентора 3 регулируют по напр жению Vi с пьезопреобразовател  5 с помощью измерительного усилител  25 и индикатора 26. Анализатором 27 спектра и частотомером 28 измер ют резонансную частоту fi акустической системы, состо щей из индентора 3, магнитострикционного стержн  1, катушки 4 возбуждени , массы 2 нагрузки и пьезопреобразовател  5, а такжеThen, in a spherical indenter 3, resonant oscillations are excited by an oscillator formed by a piezoelectric transducer 5, a feedback amplifier 24 and a drive coil 4. The amplitude of oscillation of the indenter 3 is controlled by the voltage Vi from the piezoelectric transducer 5 using a measuring amplifier 25 and indicator 26. Spectrum analyzer 27 and frequency meter 28 measure the resonant frequency fi of the acoustic system consisting of the indenter 3, magnetostriction rod 1, excitation coil 4, mass 2 loads and a piezo transducer 5, as well as

полосу пропускани  AF эквивалентного резонансного контура (фиг. 2), по которым определ ют эквивалентное сопротивление г0 потерь ненагруженной акустической системы согласно формулеbandwidth AF of an equivalent resonant circuit (Fig. 2), which determine the equivalent loss resistance g0 of an unloaded acoustic system according to the formula

, ,

где L - эквивалентна  индуктивность эквивалентного резонансного контура.where L is equivalent to the inductance of the equivalent resonant circuit.

Далее акустическую систему индентором 3 прижимают с посто нной силой к испытываемому образцу. Внедрение индентора 3 в испытуемый образец приводит к тому, что измен ютс  параметры акустической системы: резонансна  частота, определ ема  реактивной частью импеданса зоны контактаFurther, the acoustic system is pressed with a constant force to the test sample with an indenter 3. The introduction of the indenter 3 into the test sample causes the acoustic system parameters to change: the resonant frequency determined by the reactive part of the contact zone impedance

индентор 3 - испытуемый образец, и добротность , определ ема  активной частью импеданса зоны контакта индентор 3 - испытуемый образец.the indenter 3 is the test sample, and the quality factor determined by the active part of the impedance of the contact zone indenter 3 is the test sample.

Обратна  св зь по току, охватывающа Current feedback covering

усилитель 24 мощности, поддерживает посто нным ток в катушке 4 возбуждени  и, следовательно, возбуждающую силу, приложенную к акустической системе. При этих услови х амплитуда колебаний индентораthe power amplifier 24 maintains a constant current in the excitation coil 4 and, therefore, the driving force applied to the speaker system. Under these conditions, the oscillation amplitude of the indenter

3, регистрируема  индикатором 26 в виде напр жени  U2, оказываетс  пропорциональной добротности акустической системы . Так как добротность акустической системы зависит от активной составл ющей3, recorded by the indicator 26 in the form of a voltage U2, is proportional to the quality factor of the speaker system. Since the quality factor of the speaker system depends on the active component

импеданса зоны контакта, котора  в свою очередь определ етс  площадью контакта и, следовательно, микротвердостью образца , индикатор 26, шкала которого програду- ирована в единицах твердости, показываетthe impedance of the contact area, which in turn is determined by the contact area and, consequently, the microhardness of the sample, indicator 26, the scale of which is calibrated in units of hardness, shows

микротвердость исследуемого образца.microhardness of the sample.

Частотомером 28 измер етс  изменившеес  значение резонансной частоты fa аку- стической системы и определ етс  изменение Af(f2-fi).  вл ющеес  пропорциональным Voi где VST - площадь зоны контакта, индентор 3 - испытуемый образец . Путем калибровки прибора с помощью оптического микроскопа микротвердомера ПМТ-3 по изменению Af частоты определ етс  величина площади Sk. Затем рассчитывают эквивалентное сопротивление гт потерь, обусловленное внутренним трением в локальной зоне поверхностного сло , согласно формулеFrequency meter 28 is measured by the changed value of the resonance frequency fa of the acoustic system and the change Af (f2-fi) is determined. which is proportional to Voi where VST is the area of the contact zone, indenter 3 is the test sample. By calibrating the instrument with an optical microscope of the PMT-3 microhardness meter, the area value Sk is determined from the change in frequency Af. Then calculate the equivalent resistance of the losses, due to internal friction in the local zone of the surface layer, according to the formula

r AU r AU

1/2 1/2

где AU Ui-U2; Ui и U2 - соответственно напр жени  резонансных колебаний ненагруженной акустической системы и после внедрени  индентора 3 в образецwhere AU Ui-U2; Ui and U2 - respectively, the voltage of the resonant oscillations of the unloaded acoustic system and after the introduction of the indenter 3 into the sample

rn Sk vJoF ГА +/# В), 2V2аrn Sk vJoF HA + / # B), 2V2a

А BUT

ВAT

лг(1 -v}V1 + V 2V202lg (1 -v} V1 + V 2V202

/ /

лг(1 -v)V1 +v 2ttfalg (1 -v) V1 + v 2ttfa

СтSt

  VSK(VSK (

a2   Ra2 R

где /, E, v, О - соответственно плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и скорость поперечных волн дл  материала образца; R - радиус сферического индентора; - безразмерные посто нные, завис щие от коэффициента Пуассона, определ емые по таблице.where /, E, v, O are, respectively, density, Young's modulus, Poisson’s ratio and shear wave velocity for the sample material; R is the radius of the spherical indenter; - dimensionless constants depending on the Poisson ratio, determined by the table.

Дополнительно полученна  информаци  о внутреннем трении в локальной зоне материала образца,  вл ющейс  важной механической характеристикой структуры и состо ни  материала, обеспечивает проведение исследований распределени  напр женности поверхностных слоев, адгезииIn addition, the obtained information on the internal friction in the local zone of the sample material, which is an important mechanical characteristic of the structure and state of the material, provides studies of the distribution of the stress of the surface layers, adhesion

00

5five

00

5five

многослойных структур,  влений усталости и других свойств материала, обусловленных дислокационным трением и его структурой.multilayer structures, phenomena of fatigue and other material properties caused by dislocation friction and its structure.

Claims (1)

Формула изобретени  Акустический способ измерени  микро- твердости по авт. св. NS 1231430, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности, дополнительно определ ют эквивалентное сопротивление г0 потерь колеблющегос  индентора до внедрени , измер ют частоты собственных резонансов индентора до и после внедрени , по разности измеренных частот определ ют фактическую площадь зоны контакта индентор - испытуемый образец, по которой рассчитывают эквивалентное сопротивление гп механических потерь, обусловленных излучением индентором акустических волн в образец, и определ ют эквивалентное сопротивление гт потерь, обусловленное внутренним трением в локальной зоне поверхностного сло , по формулеThe invention of the acoustic method of measuring microhardness by author. St. NS 1231430, characterized in that, in order to increase the information content, the equivalent loss resistance g 0 of the oscillating indenter before implantation is additionally determined, the frequencies of the indenter's own resonances are measured before and after the implantation, the actual area of the indenter-sample contact area is determined by the difference in measured frequencies , according to which the equivalent resistance hp of mechanical losses due to the acoustic waves emitted by the indenter into the sample is calculated, and the equivalent resistance rm sweat is determined p due to internal friction in the local zone of the surface layer, according to the formula AUAU Гт Г0Rm r0 U2U2 -ГП-HP 30thirty где AU Ui-U2; Ui и U2 - соответственно, напр жение резонансных колебаний индентора до и после внедрени  в образец.where AU Ui-U2; Ui and U2 are, respectively, the voltage of the resonant oscillations of the indenter before and after penetration into the sample.
SU884425692A 1988-02-22 1988-02-22 Acoustic method of measuring microhardness SU1744586A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884425692A SU1744586A2 (en) 1988-02-22 1988-02-22 Acoustic method of measuring microhardness

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884425692A SU1744586A2 (en) 1988-02-22 1988-02-22 Acoustic method of measuring microhardness

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU1231430 Addition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1744586A2 true SU1744586A2 (en) 1992-06-30

Family

ID=21375131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884425692A SU1744586A2 (en) 1988-02-22 1988-02-22 Acoustic method of measuring microhardness

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1744586A2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1231430, кл. G 01 N 3/40, 1983. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Adams et al. Measurement of the flexural damping capacity and dynamic Young's modulus of metals and reinforced plastics
US4602505A (en) Apparatus for measuring viscosity
US3153338A (en) Resonant sensing devices
Riesch et al. Characterizing Vibrating Cantilevers for Liquid Viscosity and Density Sensing.
Brodt et al. Apparatus for measuring viscoelastic properties over ten decades: refinements
WO1991013328A1 (en) Vibrating beam transducer drive system
Ferry et al. Behavior of concentrated polymer solutions under periodic stresses
JPH0335613B2 (en)
Jain et al. Measurement of temperature and liquid viscosity using wireless magneto-acoustic/magneto-optical sensors
US3492858A (en) Microbalance
RU2419781C2 (en) Vibro viscosimetric transducer
SU1744586A2 (en) Acoustic method of measuring microhardness
SU1244559A1 (en) Electroacoustical hardness gauge
RU2628737C1 (en) Installation for determination of dynamic characteristics of low-code polymer materials
SU1231430A1 (en) Acoustic method of determining microhardness
SU830233A1 (en) Device for measuring internal friction in solid bodies
RU2051367C1 (en) Device for measurement of hardness of internal surfaces
SU930080A2 (en) Instrument for determination of friction coefficient by damped oscillation method
Kesler et al. Review of sonic methods for determination of mechanical properties of solid materials
SU1213376A1 (en) Method of inspecting compaction of loose material
US20070151341A1 (en) Device and method for measuring flexural damping of fibres
Lord et al. Instrument for the continuous determination of the mechanical internal energy losses in high-polymer solids over a wide range of temperature and frequency
RU2025726C1 (en) Device for determination of mixture homogeneity degree
Ritchie et al. A counterbalanced reed pendulum apparatus for internal friction studies
SU794372A1 (en) Ultrasonic method of measuring lateral dimension of elongated article