Установка для випробувань зразків на термомеханічну утомленість при термоударі

Установка для випробувань зразків на термомеханічну утомленість при термоударі, що включає випробувальний блок одновісного розтягування, який складається із захватів, вимірювального приладу та навантажувального елемента, і нагрівально-охолоджуючий агрегат, що складено із джерела променевої енергії, резервуара з рідким азотом та вимірювача температури, механізм переміщення випробувального блока з віссю обертання і рушійним механізмом для обертання блока довкола осі, яка відрізняється тим, що випробувальний блок одновісного розтягування із зразком, закріпленим в його захватах, розташовано перпендикулярно до осі його обертання, а джерело променевої енергії та резервуар з рідким азотом розташовані в площині, що паралельна до площини обертання блока одновісного розтягування і знаходиться над нею. Винахід стосується випробувальної техніки, зокрема циклічних випробувань при термоударі. Відомий пристрій для проведення випробувань механічних властивостей матеріалів при односторонньому нагріві [В.С.Дверняков, «Использование гелиоустановок ИПМ АН УССР для лучевой технологии, исследования свойств и создания новых материалов», Сб. «Исследование материалов в условиях лучистого нагрева», «Наукова думка», Киев, 1975, с.8], що включає випробувальний блок одноосного розтягування, який складається із захватів, вимірювального приладу та навантажувального агрегату, і нагрівальну систему з оптичним пірометром. Недоліком пристрою є неможливість проведення на ньому циклічних випробувань. Відома установка для випробувань зразків, що включає блок кріплення зразків у захвата х, термоблок з послідовно розташованими камерами нагріву і охолодження з вимірювачем температури та механізм для послідовного обходу зразків по цим камерам [В.А. Гавриченко, Н.С. Траймак, И.П.Молосиев и С.А. Ли хачев, Установка для ис пытаний образцов на термостойкость, А.с. СССР №1345097, G01Ν03/60, 15.10.1987, Бюл. №38]. Недоліками установки є те, що 1) блок кріплення зразків не має пристрою для їх механічного навантаження, 2) термоблок забезпечує малий діапазон температур та 3) малу швидкість теплозмін, що унеможливлює проведення циклічних випробувань. Відомий пристрій для випробувань матеріалів при термоциклічному навантажуванні, що включає випробувальний блок кругового згину, який складається із захватів, навантажувального елементу та механізму обертання зразків, камера згоряння з платино-платинородієвими термопарами для контролю температури газового потоку та камери для подавання охолоджуючого середовища (повітря або води) до внутрішнього отвору зразка [Третьяченко Г.Н., Карпинос Б.С., Барило В.Г., Разрушение материалов при циклических нагревах, К., Наукова думка, 1993, с.70]. Недоліками пристрою є малий температурний діапазон та те, що зразок нагрівають ззовні, а охолоджують зсередини, тобто, порушують єдність (19) UA (11) 85412 (13) C2 (21) a200611259 (22) 25.10.2006 (24) 26.01.2009 (46) 26.01.2009, Бюл.№ 2, 2009 р. (72) ЛИТВИНЕНКО ЮРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, UA, ПАСІЧНИЙ ВЛАДИСЛАВ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, КУТРАНЬ ТАМАРА МИКОЛАЇВНА, U A, ГРИГОР'ЄВ ОЛЕГ МИКОЛАЙОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМЕНІ І.М.ФРАНЦЕВИЧА НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ, UA (56) SU 1629825 A1, 23.02.1991 SU 232578, 11.12.1968 SU 1345097 A1, 15.10.1987 SU 894464, 30.12.1981 JP 62134540, 17.06.1987 JP 5164669, 29.06.1993 3 85412 температурного впливу на одну і ту ж область зразка. Відома установка для випробувань виробів на термоудар, що включає блок кріплення виробів, термоблок з резервуаром рідкого азоту та вимірювачем температури [В.И.Казаков и С.М.Воронова, Установка для испытаний изделий на термоудар, А.с. СССР №1465745, G01N3/60, 15.03.1989, Бюл. №10]. Недоліками установки є те, що блок кріплення зразків не має пристрою для їх механічного навантаження, а малий діапазон температур обмежує ефективність проведення циклічних випробувань. За найближчий аналог взято відому установку для випробування зразка на термомеханічну утомленість, що включає випробувальний блок одноосного розтягування, який складається із захватів, вимірювального приладу та навантажувального елементу, нагрівальний агрегат з вимірювачем температури і механізм лінійного переміщення нагрівального агрегату вздовж випробувального блоку [А.И.Петренко, Установка для испытания образца на термомеханическую усталость, А.с. СССР №1629825, G01Ν3/60,23.02.1991, Бюл. №7]. Недоліками установки є те, що вона має 1) малий діапазон температур та 2) малу швидкість теплозмін, що унеможливлює проведення циклічних випробувань. Задачею винаходу «Установка для випробувань зразків на термомеханічну утомленість при термоударі» є розширення експлуатаційних можливостей шляхом збільшення температурної амплітуди і швидкості термоудару та частоти термоциклювання плоского зразка при однобічному нагріві і охолодженні. Суть винаходу полягає в тому, що установка включає випробувальний блок одноосного розтягування, який складається із захватів, вимірювального приладу та навантажувального елементу, нагрівально-охолоджуючий агрегат, що складено із джерела променевої енергії і резервуара з рідким азотом та вимірювача температури, механізм переміщення випробувального блоку з віссю обертання і рушійним механізмом для обертання блоку довкола осі, який відрізняється тим, що блок одноосного розтягування із плоским зразком розташовано перпендикулярно до осі його обертання, джерело променевої енергії і резервуар з рідким азотом розташовані в площині, що паралельна до площини обертання блоку одноосного розтягування і знаходиться над нею, а плоский зразок зафіксовано так, що він завжди повернутий до джерела температурного впливу одним і тим же боком. Збільшення температурної амплітуди і швидкості термоудару при однобічному термовпливі на поверхню плоского зразка досягнуто за рахунок прилаштування блоку одноосного розтягування із зафіксованим плоским зразком перпендикулярно до осі обертання та взаємного розташування нагрівально-охолоджуючого агрегату і блоку одноосного розтягування. Це дало змогу обертати блок одноосного розтягування з довільною частотою, принаймні, до 10Гц, переміщаючи циклічно одну і ту ж область зафіксованого плоского зразка від стаціонарної зони променевого нагріву до струме 4 ню рідкого азоту, різко змінюючи температурну амплітуду та швидкість термоудару. На Фіг.1 показано принципову схему пристрою, що пропонується. Блок одноосного розтягування складається із захватів - переднього (1) і заднього (2), вимірювального приладу (3) та навантажувального елементу (4). Зразок (5) закріплено у захва тах(і) і (2). Весь блок закріплено на осі обертання (6), яку кріплять в рушійному механізмі (7), вбудованому у основу (8). Передбачено обертання блоку одноосного розтягування як ручне так і за допомогою двигуна. Блок розтягування підтримує опора (9). Позиції (6), (7) і (8) утворюють механізм переміщення випробувального блоку. Зверху прилаштовано нагрівально-охолоджуючий блок, що складається із джерела променевої енергії (10) і резервуару (11) з рідким азотом. Зразок (5), закріплений у захватах (1) і (2), піддають певному розтягувальному навантаженню від навантажувального елементу (4). Вимірювальний прилад (3) фіксує величину навантаження. Зразок (5) знаходиться у зоні кімнатної температури. Потім блок одноосного розтягування повертають навкруги осі обертання (6) у зону нагріву. Потік променевої енергії джерела (10) нагріває центральну область зразка (5), після чого блок розтягування за допомогою рушійного механізму (7) повертають на 180° навкруги осі (6), де зразок (5) підпадає під дію струменю рідкого азоту із резервуар у (11). Потім блок розтягування повертають на наступні 180° і так далі. Температуру зразка фіксують за допомогою двох пірометрів, розташованих навпроти зон нагрівання та охолодження відповідно (на Фіг. 1 не показано). Частоту обертання, а також час джерела (10) або охолоджуючого струменю із резервуару (11) регулює рушійний механізм (7). Експеримент проводять до зруйнування зразка (5). Опора (9) запобігає розлітанню відірваної частини блоку розтягування в кінці експерименту. Ме ханічні характеристики зразка вираховують із величин напруги, температур нагрівання і охолодження, часу перебування зразка в позиціях нагрівання та охолодження, частоти циклів. Приклад здійснення винаходу. У пристрої, що включає випробувальний блок одноосного розтягування, який складається із захватів, вимірювального приладу та навантажувального елементу, нагрівально-охолоджуючий агрегат з вимірювачем температури і механізм переміщення випробувального блоку, провели випробування при термоциклічному навантажуванні зразка із сталі ЭИ696. Зразок мав розміри робочої частини 20x5x1мм 3. Зусилля навантажувального елементу складали 200г і 1000г. Температура нагрівання дорівнювала 1380К, температура охолодження 80 К. При рівномірному обертанні блоку розтягування з частотою 0,5Гц при навантаженні 200г зразок було розірвано через 47 обертів, а при навантаженні 1000г через 12 обертів. Таким чином, пристрій дозволяє ефективно проводити випробування механічних властивостей матеріалів в широких температурних діапазонах. Пристрій може бути використано у дослідженнях поведінки матеріалів в особливих умовах. 5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85412 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601