Пристрій для випробування на зрушення зразків матеріалів при низьких температурах

1. Устройство для испытания на сдвиг образцов материалов при низких температурах, содержащее криостат. размещенные в нем подвижный и неподвижный захваты для образца и соответствующие им полую активную и размещенную коаксиально ей эталонную тяги, средства измерения деформации, и средства измерения и изменения температуры, о т л и ч а ю щ е е е с я тем, что подвижный захват выполнен в виде связанной с активной тягой втулки с уступом для размещения образца и коаксиальной ей цилиндрической приставки, один конец которой предназначен для контакта с образцом, а д р у г о й - с а к т и в н о й т я г о й , а неподвижный захват выполнен в виде цилиндра с выступом на торце, расположенным в одной плоскости с уступом активного захвата и установленный коаксиально первой, второй проставки, один торец которой предназначен для взаимодействия с образцом, а другой - для контакта с пассивной тягой. (20)94321671,22 03.93 (21)4900524/SU (22)08.01 91 (24)25.12.96 (46)25.12.96. Бюл. №4 (56) 1. Бернер Р., Кронмюллер Г. Пластическая деформация монокристаллов. М., 1969, с. 23-25. 2. Пустовалов В.В. Методы изучения пластичности и прочности твердых тел при низких температурах. Киев, Наукова Думка, 1971, с. 18-20,28-35 3. Вугли Д.А. Механические свойства материалов при низких температурах. М , Мир, 1974. с. 299-303 4 Бернер Р., Кронмюллер Г. Пластическая деформация монокристаллов. М., Мир, 1969, с. 25-26. 5 Пустовалов В.В. Методы изучения пластичности и прочности твердых тел при низких температурах Киев, Наукова думка, 1971, с. 79-81. 6. Осецький А И. Солдатов В.А. Установка для изучения низкотемпературной ползучести металлов в режиме резко меняющихся температур - Сб • Приборы для физических исследований. Киев, Наукова думка, 1974, с 175-180 (прототип) (72) Осецький Олександр Іванович, Гуріна Тетяна Михайлівна 2 Устройство п о п . 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено герметичной ячейкой, размещенной между уступами захватов и соответствующими торцами проста вок. Изобретение относится к измерительной технике и может быгь использовано для исследования механических свойств замороженных растворов и биологических систем Известно устройство для изучения механических свойств материалов при низких температурах, в которых исследуемые образцы деформируются растяжением. Деформируемый образец, закрепленный в специальных захватах, помещают в криостат испытательной машины. Захват, удерживающий нижний конец образца, закреплен непод С 11107 вижно на опорной колонне, а захват, удерживающий верхний конец образца, шарнири о соединен с тянущим штоком, передающим поступательное движение от редуктора к образцу [1]. Недостатком этого устройства является то, что деформация растяжения образца измеряется при строго фиксированной температуре образца, зависящей от температуры хладагента, заполняющего криостат. Наиболее близкой к заявляемому устройству является установка для изучения ползучести кристаллов в условиях чистого сдвига при низких температурах. Установка включает криостат, в котором размещены деформирующее устройство, состоящее из подвижного и неподвижного фигурных захватов для образца, полой активной тяги, дифференциальное устройство для измерения деформации, включающее индуктивный датчик, нагревательные элементы для изменения температуры и система регистрации температуры [6]. Недостатком устройства является то, что оно не позволяет получать точную информацию о механических свойствах растворов и биосистем и исследовать образцы, находящиеся в жидкофазпом состоянии. Это обусловлено несовершенной конструкцией захватов. В силу высокой гетерогенности растворов и биологических систем в них при охлаждении и кристаллизации возникают значительные термоупругие напряжения, приводящие к микрорастрескиванию исследуемых образцов. При приложении внешней нагрузки происходит разрушение образцов по образовавшимся трещинам, что значительно снижает точность измерений и препятствует определению истинных пластических характеристик отдельных кристаллов или сплошных блоков. Задачей изобретения явпяется создание такого устройства для испытания на сдвиг образцов материалов при низких температурах, в котором путем изменения конструкции захватов можно было бы избежать разрушения образцов и, таким образом, повысить точность измерения его механических характеристик. Эта задача решается тем, что D устройстве для испытаний на сдвиг образцов материалов при низких температурах, содержащем криостат, размещенные в нем подвижный и неподвижный захваты для образца и соответствующие им полую активную и размещенную коэксиально ей эталонную тяги, средства измерения деформации и средства измерения и изменения температуры, согласно изобретению подвижный захват выполнен в виде связанной с активной тя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гой втулки с уступом для размещения образца и коаксиальной ей цилиндрической простаоки, один конец которой предназначен для контакта с образцом, а другой - с активной тягой, а неподвижный захват выполнен о виде цилиндра с выступом на торце, расположенным в одной плоскости с уступом активного захвата, и установленной коаксиально первой второй проставки, один торец которой предназначен для взаимодействия с образцом, а другой-для контакта с пассивной тягой. Кроме того, устройство снабжено герметичной ячейкой, размещенной между уступами захватов и соответствующими торцами проставок. Конструкция за.-.ватов в заявляемом устройстве позволяете высокой точностью исследовать пластические характеристики объекта за счет того, что зазор Д h между деформирующими цилиндрическими проставками можно уменьшать до значений в несколько микрон, т.е. до величины, заведомо меньшей размера отдельных кристаллов. В результате пластическая деформация всего образца возможна только при деформации каждого отдельного кристаллита, находящегося в зоне сдвига. В этом случае отдельные микротрещины не влияют на регистрируемые значения упругопластических характеристик кристаллитов, что резко снижает погрешность измерений и повышает точность информации о фазовых и структурных состояниях исследуемых замороженных растворов и биосистем. Заявляемое устройство схематически изображено на фиг. 1. \ia фиг. 2 изображен фрагмент полной сборки герметичной ячейки. Устройство включает опорную колонну 1, на которой неподвижно закреплен цилиндр 2 с выступом на торце. Коаксиалыю цилиндру 2 расположена подвижная первая цилиндрическая проставка 3, неподвижная вторая цилиндрическая простаяка 4 и втулка 5 с уступом для размещения образца. Выступ цилиндра 2 находится в ОДНОЙ плоскости с уступом 5. Первая проставка 3 с помощью прижимного фонаря 6 и фиксатора 7 мембраны крепится неподвижно относительно втулки 5. Вторая проставка 4 с помощью гайки 8 и распорного фторопластового кольца 9 неподвижно фиксируется относительно цилиндра 2, Верхний конец первой проставки 3 предназначен для контакта с активной тягой 10, а ее нижний конец - для контакта с образцом. Верхний торец второй лростзвки 4 предназначен для взаимодействия с образцом, а ее нижний торец - для контакта с эталонной пассивной тягой 11107 11. Пассивная тяга 11 размещена коэксиально активней тяге 10. Прижимной фонарь 6 с помощью активной тяги 10 связан с механизмом нагружения 12, который обеспечивает вертикальное перемещение первой проставки 3 и втулки 5 относительно цилиндра 2 и второй проставки 4 и служит для приложения внешней нагрузки F к исследуемому образцу. Втулка 5, коаксиальная ей первая проставка 3 и активная тяга 10 образуют подвижный захват устройств?, а цилиндр 2, вторая проставка 4 и пассивная тяга 11 составляют неподвижный захват. Для ограничения соскальзывания первой проставкиЗи втулки 5 вниз а момент сборки устройства предусмотрен упор 13, который крепится фиксатором 14 для предотвращения проворачивания втулки 5 относительно цилиндра 2 при фиксировании в ней первой проставки 3 с помощью прижимного фонаря 6. Для изучения охлаждаемых клеточных суспензий и растворов имеется специальная герметичная ячейка 15, размещенная между уступами захватов и соответствующими торцами проставок: нижним торцом первой проставки 3 и верхним торцом второй проставки 4. В герметичной ячейке 15 предусмотрены две тонкие резиновые ограничительные мембраны 16 и 17. Мембрана 16 крепится на первой проставке 3 при помощи фиксатора 7 мембраны, а мембрана 17 - на тонком металлическом каркасе 18 при помощи фиксатора 19 мембраны. На цилиндре 2 мембрана 17 фиксируется распорным кольцом 9. Для удаления излишков раствора, образующегося при его кристаллизации, в каркасе 18 предусмотрены технологические отверстия 20. Температура образца измеряется термометром 21 сопротивления и изменяется с помощью нагревателя 22 и криостата 22 с криогенной жидкостью, омывающей і орпус камеры, в которой расположено устройство. Для контроля температурного режимі чувствительный элемент термометра 21 сопротивления устанавливается в непосредственной близости от исследуемого образца, для чего в цилиндре 2 вдоль ЄІО осы выполнено отверсп>а24. Программа охлаждения или нагрева образца при этом задается и контролируется с помощью автомагического регуляторастабипизатора 25 температуры (РСТ) Измерение деформации замороженного образца осуществляется с помощью дифференциально включенного индуктивного датчика 26 линейных перемещений. Корпус этого датчика с помощью кронштейна 27 связан с активной тягой 10, а его сердечник с помощью кронштейна 28 и эталонной пас 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сивной тягой 11. Приложение нагрузки F к этой тяге производится с помощью дополнительной и независимой ступени общего механизма 12 нагружения. Сигнал от датчика 26 перемещений подается на двухкоордимзтный графопостроитель 29 При регистрации деформационных криеых О = (J{t) где