RU2612197C1

RU2612197C1 - Test rig for hardness of sample made of toxic material

Info

Publication number: RU2612197C1
Application number: RU2015151377A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Гостев; Алексей Александрович Иванов; Иван Михайлович Крылов
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-03-03

Abstract

FIELD: test engineering.

SUBSTANCE: rig contains the vacuumed operation chamber with grips, the first one of which is active and the second one is a passive grip strain gauge dynamometer; a loading mechanism; and a recording unit installed on the grip strain gauge dynamometer. The top frame is attached to the active grip and the bottom frame is attached to the passive grip; they are interconnected in such manner the tension force of the grips is inverted into the compression force of the frames; a tested sample and an indenter, which is indented into the sample with a certain force by the fixed grip strain gauge dynamometer, are placed in the point of contact of the frames.

EFFECT: possibility to test hardness of samples made of toxic materials.

1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к исследованиям твердости образцов из токсичных материалов.The invention relates to mechanical tests, and specifically to studies of the hardness of samples from toxic materials.

Известна установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.03, опубликован 20.11.2004, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.A known installation for mechanical testing of materials in various environments at high temperatures and pressures (patent RU 2240531 with a priority of 02.26.03, published November 20, 2004, G01N 3/18), which contains a working chamber with grippers for the sample, a loading mechanism, a heater, means of supplying a gaseous medium and instrumentation, while the walls and flanges of the working chamber are equipped with a cooling jacket, the gripping rods of the sample and the current leads of the heater have cooling ducts, a heat insulation is located on the inside of the cooling jacket liruyuschaya design, moreover, at the inlet to the working chamber of the gaseous medium introduced further fueling the surge tank to the piston and the control gas feed regulator, and a heater is formed in a spiral shape and located in the working chamber so that the sample is inside the helix.

Недостатком известной машины является невозможность ее использования для механических испытаний образцов токсичных материалов при повышенных температурах без ее конструктивной доработки, что повлечет за собой усложнение конструкции и удорожание испытаний.A disadvantage of the known machine is the impossibility of its use for mechanical testing of samples of toxic materials at elevated temperatures without its structural development, which will entail the complexity of the design and the cost of testing.

Известна установка для механических испытаний образцов из токсичных материалов при повышенных температурах (патент RU 2400728 с приоритетом от 28.09.2009, опубликован 07.09.2010, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из токсичного материала, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Кроме того, захваты снабжены шарнирами, нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля, регистрирующая аппаратура состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.A known installation for mechanical testing of samples of toxic materials at elevated temperatures (patent RU 2400728 with a priority of September 28, 2009, published September 7, 2010, G01N 3/18), which contains a working chamber with grippers for the sample, a loading mechanism, a heater, recording equipment , a cooling jacket, cooling ducts made in at least one of the grips, the working chamber is placed in an airtight glove box for examining a sample of toxic material, recording equipment is installed directly on the working part of the sample and on the cooled gripper, the loading mechanism is a lever with a load connected on one side to the gripper and, on the other, with a hydraulic jack with a valve, a vacuum is maintained in the sealed working chamber during the test period, signals from the recording equipment arrive to instrumentation, and from it to a PC. In addition, the grippers are equipped with hinges, the heater is equipped with a heat distributor for leveling the temperature field, the recording equipment consists of differential transformer strain gauges and a cooled strain gauge.

Недостатком известной установки является невозможность ее использования в исследованиях твердости образцов токсичных материалов.A disadvantage of the known installation is the impossibility of its use in studies of the hardness of samples of toxic materials.

Данная установка выбрана в качестве прототипа.This installation is selected as a prototype.

Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка универсальной установки для исследования твердости образцов из токсичных материалов.The challenge facing the authors of the invention is the development of a universal installation for studying the hardness of samples from toxic materials.

Техническим результатом предлагаемого решения является возможность исследований твердости (в частности по Бринеллю) образцов из токсичных материалов.The technical result of the proposed solution is the possibility of studies of hardness (in particular according to Brinell) of samples from toxic materials.

Технический результат достигается тем, что в установке для исследования твердости образцов из токсичного материала, содержащей вакуумируемую рабочую камеру с захватами, один из которых активный, а второй пассивный, захват-тензодинамометр, механизм нагружения, регистрирующую аппаратуру, установленную на захвате-тензодинамометре, согласно изобретению, к активному захвату прикреплена верхняя рамка, а к пассивному захвату прикреплена нижняя рамка. Рамки соединены друг с другом таким образом, что растягивающее усилие захватов инвертируется в сжимающее усилие рамок. В месте соприкосновения рамок помещен испытуемый образец и индентор, который вдавливается в образец с определенным усилием, фиксируемым захватом-тензодинамометром.The technical result is achieved by the fact that in the installation for studying the hardness of samples of toxic material containing an evacuated working chamber with grippers, one of which is active, and the second is a passive gripper-strain gauge, a loading mechanism, recording equipment mounted on a gripper-strain gauge, according to the invention , the upper frame is attached to the active capture, and the lower frame is attached to the passive capture. The frames are connected to each other so that the tensile force of the grips is inverted into the compressive force of the frames. A test specimen and an indenter are placed in the place of contact of the frames, which is pressed into the specimen with a certain force, fixed by a gripper-tensodynamometer.

По диаметру отпечатка, оставленного индентором (например, в виде стального шарика), диаметра индентора и величине усилия определяется твердость (в частности) по Бринеллю.The Brinell hardness (in particular) is determined by the diameter of the imprint left by the indenter (for example, in the form of a steel ball), the diameter of the indenter and the magnitude of the force.

Рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс.The working chamber is placed in an airtight glove box.

Возможность осуществления исследования твердости образца из токсичного материала достигается инвертированием растягивающей нагрузки в сжимающую посредством двух рамок, установленных на захватах установки. При приведении в действия механизма нагружения один из захватов с прикрепленной к нему верхней рамкой перемещается. При этом помещенные между рамками испытуемый образец и индентор в виде металлического шарика сжимаются, индентор вдавливается в образец. Приложенное усилие фиксируется с помощью захвата-тензодинамометра, а отпечаток от индентора на образце измеряется на микроскопе с измерительной шкалой.The possibility of carrying out a study of the hardness of a sample of toxic material is achieved by inverting the tensile load into compressive by means of two frames mounted on the grips of the installation. When the loading mechanism is activated, one of the grips with the upper frame attached to it moves. In this case, the test sample and the indenter placed between the frames are compressed in the form of a metal ball, and the indenter is pressed into the sample. The applied force is recorded using a gripping strain gauge, and the imprint from the indenter on the sample is measured on a microscope with a measuring scale.

Заявляемое техническое решение позволяет при замене идентора в виде шарика на соответствующий производить определение твердости по Виккерсу.The claimed technical solution allows, when replacing the identifier in the form of a ball with the corresponding one, to determine the Vickers hardness.

Защита персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов осуществляется за счет применения герметичной вакуумной камеры и герметичного перчаточного бокса.Protection of personnel and the environment from exposure to toxic materials tested is achieved through the use of a sealed vacuum chamber and an airtight glove box.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность проведения исследований твердости образца из токсичного материала.Thus, the claimed technical solution provides the opportunity to conduct studies of the hardness of a sample of toxic material.

На чертеже показан пример исполнения части установки (инвертора) для исследования твердости образца из токсичного материала, где:The drawing shows an example of a part of the installation (inverter) for studying the hardness of a sample of toxic material, where:

1 - активный захват;1 - active capture;

2 - пассивный захват-тензодинамометр;2 - passive capture-strain gauge;

3 - образец;3 - sample;

4 - верхняя рамка;4 - upper frame;

5 - нижняя рамка;5 - bottom frame;

6 - индентор.6 - indenter.

Инвертор состоит из двух рамок (верхней и нижней), присоединенных к захватам разрывной машины (не показана), размещенной в рабочей камере, которая, в свою очередь, размещена перчаточном боксе (не показаны).The inverter consists of two frames (upper and lower) attached to the grips of a tensile testing machine (not shown) located in the working chamber, which, in turn, is placed in a glove box (not shown).

При приложении растягивающего усилия Р к актовому захвату 1 установки благодаря использованию инвертора, состоящего из верхней рамки 4 и нижней рамки 5, оно трансформируется в усилие сжатия, приложенного через шарик 6 к образцу 3. Усилие сжатия плавно прикладывают до тех пор, пока оно не достигнет необходимой величины, измеряемой при помощи пассивного захвата-тензодинамометра 2. Диаметр полученного отпечатка измеряется с помощью микроскопа со встроенной измерительной шкалой. Твердость по Бринеллю определяется в соответствии с ГОСТ 9012-59 с использованием измеренных величин в соответствии с:When a tensile force P is applied to the actuation grip 1 of the installation due to the use of an inverter consisting of an upper frame 4 and a lower frame 5, it transforms into a compression force applied through the ball 6 to the sample 3. The compression force is smoothly applied until it reaches the required value, measured using a passive capture-strain gauge 2. The diameter of the obtained fingerprint is measured using a microscope with an integrated measuring scale. Brinell hardness is determined in accordance with GOST 9012-59 using measured values in accordance with:

где F - приложенное усилие в кГс, D - диаметр индентора, d - диаметр отпечатка индентора.where F is the applied force in kgf, D is the diameter of the indenter, d is the diameter of the indenter imprint.

Поверхность исследуемого образца должна быть плоской для точного определения диаметра отпечатка индентора.The surface of the test sample should be flat to accurately determine the diameter of the indenter print.

Благодаря заявляемой совокупности признаков решения появляется возможность исследований твердости образцов токсичных материалов.Thanks to the claimed combination of features of the solution, it becomes possible to study the hardness of samples of toxic materials.

Изготовлен опытный образец инвертора, испытан, результаты подтвердили его работоспособность и получение нового технического результата.A prototype inverter was manufactured, tested, the results confirmed its operability and obtaining a new technical result.

Claims

Installation for studying the hardness of a sample of toxic material, containing a vacuum working chamber with grippers, one of which is active and the second passive gripper-strain gauge, a loading mechanism, recording equipment installed on the gripper-strain gauge, characterized in that the upper frame is attached to the active gripper and a lower frame is attached to the passive grip, which are connected to each other in such a way that the tensile force of the grips is inverted into the compressive force of the frames, in the place of contact Ram frames placed test specimen and the indenter which is pressed into the sample with a defined force, lockable gripping tenzodinamometrom.