Твердомір

Твердомір, що містить механізм підйому з опорним столом, вузол шпинделя, що включає підпружинений індентор, механічно зв'язаний з важелем механізму навантаження і індикатором твердості, який відрізняється тим, що він додатково оснащений механізмом відліку глибини проникнення індентора в поверхню зразка, що включає додатковий індикатор, ніжка якого розташоварозташована у отворі опорного стола з можливіс тю контакту з горизонтальною пластиною, жорстко закріпленою на шпинделі, включеному послідовно з електричною лампочкою, джерелом живлення, випробуваним зразком і індентором в електричний ланцюг, а твердість визначають за формулами, в яких враховано геометрію індентора-конуса або кульки: F кул H у 1,5 8 8 , Н/мм2 4,99 h F , Н/мм3, Hiкул 1,588 1,04719 h2 2,382 h Корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до визначення твердості матеріалів. Прототипом корисної моделі є відомий твердомір Роквелла [1], який містить механізм підйому, вузол шпинделя з підпружиненим індентором, механічно зв'язаний з важелем механізму навантаження і індикатором твердості. Число твердості читається безпосередньо з індикатора і відповідає формулам: h h0 (для алмазного конусу HRC ( HRA ) 100 0,002 в якості індентора) і h h0 (для сталевої кульки), HRB 130 0,002 де HRC(HRA) - твердість за Роквеллом за шкалою C(A), HRB – твердість за Роквеллом за шкалою В, h - глибина відбитка після зняття основного навантаження, в ММ, h0 - глибина проникнення індентора під дією попереднього навантаження, в мм, 0,002мм - ціна поділки індикатора. Таким чином, число твердості характеризує умовну глибину проникнення індентора в поверхню зразка і не має розмірності, тому його важко зіставити з числами твердості, одержаними на інших твердомірах (Бринелля, Віккерса, приладах мікротвердості), що являють собою відношення зусилля вдавлювання до площі поверхні відбитку А і мають 2 2 розмірність Н/мм (кгс/мм ). Крім того, твердість за Роквеллом визначається за відновленим відбитком, тобто після зняття основного навантаження, і характеризує тільки пластичну складову деформації матеріалу при вдавлюванні, оскільки пружна деформація зникає після зняття навантаження. В той же час для багатьох матеріалів (дуже твердих, з високою пружністю) пружна складова деформації досить велика. Недоліком твердоміра Роквелла є неможливість вимірювання дійсної глибини проникнення індентора в поверхню випробуваного матеріалу, що не дає змоги користуватись такими сучасними способами визначення твердості, як універсальна (за Мартенсом) [ISO 14577-1: Metallic materials Instrumented indentation test for hardness and materials parameters - Part 1: Test method. 2002 (Е)] та істинна твердість, які вільні від перелічених вище недоліків, в більшій мірі відповідають визначенню кул де H у 1,588 - універсальна, H iкул 1,588 - істинна (19) UA (11) 46371 (13) U твердість при втискуванні кульки діаметром 1,588 мм, F - навантаження на індентор в Н, h - глибина проникнення індентора в мм. 3 твердості як здатності матеріалу опиратися проникненню в його поверхню іншого, більш твердого тіла і дають значно ширшу інформацію про властивості матеріалу. Задачею данной корисної моделі є удосконалення твердоміру Роквелла з метою розширення його функціональних можливостей за рахунок забезпечення достовірних даних про глибину проникнення індентора в поверхню зразка під навантаженням і можливості визначати універсальну Ну та істинну Ні твердість за відповідними формулами. Вказана технічна задача досягається тим, що твердомір, який містить механізм підйому з опорним столом, вузол шпинделя з підпружиненим індентором, механічно зв'язаний з важелем механізму навантаження і індикатором твердості за Роквеллом, додатково оснащений механізмом відліку глибини проникнення індентора, що включає додатковий індикатор, ніжка якого розташована в отворі опорного столу з можливістю контакту з пластиною, жорстко закріпленою на шпинделі, і електричну схему для фіксації моменту торкання індентора із зразком, що складається з послідовно включених у електричний ланцюг джерела живлення, випробуваного зразка, індентора, шпинделя і електричної лампочки. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких наведена загальна схема твердоміру (Фіг.1) і електрична схема для реєстрації момента торкання індентором поверхні зразка (Фіг.2). Твердомір має основу 1 і верхню частину корпусу 2, скріплені між собою двома стійками 3. Механізм підйому, розміщений на основі 1, складається з під'ємного гвинта 4, що переміщується маховиком 5 у втулці 6, і опорного столу 7. В верхньому корпусі містяться вузол шпинделя, важільна система приладу з індикатором. Індентор 8 закріплюється на шпинделі 9 гвинтом. Попереднє навантаження на індентор здійснюється пружиною 10, розміщеною в шпинделі, і піджимом зразка 11 до індентора за допомогою механізму підйому. Основне навантаження передається на індентор від вантажів 12 через важіль 13 і шпиндель 9. Прикладення основного навантаження здійснюють поворотом на себе рукоятки 14. Вимірювання переміщення шпинделя (твердості за Роквеллом) виконується індикатором 15, переміщення шпинделя 9 на індикатор передається малим вимірювальним важелем 16. Для поступового прикладення навантаження прилад має масляний амортизатор 17. Визначення глибини проникнення індентора в поверхню зразка (деталі) здійснюється додатковим індикатором 18, ніжка якого розташована у отворі опорного стола 7 і має можливість торкатись пластини 19, що є базою відліку для вимірювання глибини проникнення індентора і жорстко скріплена з шпинделем 9. Момент торкання індентора поверхні зразка 11 реєструється загоряннм електричної лампочки 20, яка включена у електричний ланцюг послідовно з джерелом живлення 21, зразком 11, індентором 8 і шпинделем 9. Прилад працює таким чином. Зразок (деталь) 11 встановлюють на діелектричну прокладку 22, розміщену на опорному столі 7. Обертанням маховика 5 підводять зразок до індентора 8 і прикла 46371 4 дають попереднє навантаження. В момент торкання індентором поверхні зразка (загоряється лампочка) реєструють число поділок, на яке відхилилась стрілка додаткового індикатора 18. Поворотом рукоятки 14 на себе прикладають основне навантаження і фіксують кількість поділок додаткового індикатора. Глибина проникнення індентора під повним навантаженням h підраховується за формулою: h = (n2-n1) 0,001 мм, де n2 - число поділок додаткового індикатора після прикладення основного навантаження, n1 число поділок індикатора в момент торкання індентором поверхні зразка, 0,001 - ціна поділки додаткового індикатора у мм. Поворотом рукоятки 14 від себе знімають основне навантаження і обертанням маховика 5 відводять опорний стіл 7 із зразком від індентора; знімають зразок. Універсальну і істинну твердість при втискуванні кульки діаметром 1,588мм визначають за формулами: F Hку л1,588 у A h , Н/мм2 Hку л1,588 i де F V h , Н/мм3 кул H y 1,588 - універсальна твердість при вти H ікул 1,588 скуванні кульки діаметром 1,588мм, істинна твердість при втискуванні кульки діаметром 1,588мм, F -навантаження на індентор в Н, A(h) - площа поверхні (ММ2), a V(h) -об'єм прониклої частини індентора під навантаженням (мм3). При цьому A(h) і V(h) підраховують, виходячи з геометрії індентора та глибини його проникнення h мм в випробуваний зразок під навантаженням. Для сталевої кульки діаметром 1,588 мм в якості індентора Hку л1,588 у Hкул1,588 i F 4,99 h , Н/мм2 F 104719 h2 2,382 h , Н/мм3 , Для алмазного конуса з кутом при вершині 120° в якості індентора F ко H у н1 2 0 1,257 h , Н/мм2, якщо h≤0,027 мм кон H у 120 F 10,88 h 2 0,66824 h 0,00796 , Н/мм2, якщо h>0,027 мм F H iкон120 1,0472 h 2 0,6 h , Н/мм3, якщо h≤0,027 мм F H iкон120 3,1414 h3 0,2895 h 2 0,0089 h 0,000069 , Н/мм3, якщо h>0,027 мм. де кон H y 1,588120 - універсальна, H ікон 120 - іс 5 46371 тинна твердість при втискуванні конуса з кутом при вершині 120° . В вище наведених формулах F навантаження на індентор в Н, h - глибина проникнення індентора в мм. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 Джерела інформації 1. Золоторевський СМ., Механические свойства металлов. Учебник для ВУЗов. 2е изд., M., Металлургия, 1983, 352 с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601