карманный твердомер колесникова

Формула изобретения

Карманный твердомер для приближенного определения твердости или прочности материалов путем замера нанесенного индентором твердомера под действием заданной силы отпечатка на объекте исследования, содержащий полый корпус и боек с индентором, расположенные в полости корпуса с возможностью свободного перемещения, отличающийся тем, что корпус и боек имеют поперечные соосные отверстия, в которые вставлены перерезаемые стержни, установленные так, что сила воздействия на индентор равна силе перерезания указанных стержней.

Описание изобретения к патенту

Карманный твердомер Колесникова относится к строительству (и производству стройматериалов) и машиностроению (и производству материалов для машиностроения. Мне известны все доступные через интернет описания авторских свидетельств и патентов по теме за период с 30-х годов XX в по н.в.

Bсе твердомеры (и лабораторные, и переносные, и карманные) определяют (неразрушающим способом) твердость-прочность материала по величине отпечатка индентора на исследуемом материале. При этом в большинстве случаев используется один из 2-х принципов:

или а) индентор твердомера воздействует на исследуемый материал с заранее заданной (известной) силой или энергией. Подвергнуть такому воздействию материал возможно не всегда: поместить под испытательный пресс бетонный фундамент или мет. сляб невозможно. Делают образцы-свидетели или выбуривают (вырубают) керны

или б) индентор прибора (обычно стальной шарик) воздействует одновременно и одинаково на испытуемый материал и на оттарированный по твердости образец с произвольной силой от удара ручным молотком. Твердость испытуемого материала определяется из таблиц сравнением размеров отпечатков на исп. материале и образце. Этот способ получил распространение на практике: молоток Кашкарова, прибор Польди. Эти твердомеры я принимаю за аналоги. При этом:

- требуется изготавливать и тарировать образцы;

- твердость образца по длине его не может быть постоянной;

- участие образца в выяснении твердости материала вносит доп. погрешности в результаты исследования;

- изготовление расходных тарированных образцов - это доп. затраты и потребность в доп. спец. оборудовании;

- на каждую возможную твердость образца необходимо иметь свою таблицу для перевода соотношений размеров отпечатков в твердость исследуемого материала;

- твердомер со вставленным в него образцом (контрольным бруском или кругом) неудобен, неэргономичен (см. чертеж).

Разработаны переносные (но не карманные) твердомеры с фиксированной энергией удара при свободном падении груза-бабы на боек с индентором в вертикальном (!) положении прибора. Такие приборы можно использовать, только установив их вертикально на горизонтальной поверхности, что во многих случаях совершенно недостаточно: нередко требуется обследовать на вертикальных, наклонных поверхностях, в т.ч. и снизу. Такие твердомеры имеют некарманные размеры (см. фиг.191, 192). Они могут быть приняты в качестве аналогов.

Разработаны пружинные твердомеры с использованием энергии удара, полученной бойком с индентором от взводимой лаборантом цилиндрической спиральной пружины с фиксированной энергией взведения. Такой твердомер прост в обращении, позволяет применять его к вертикальным, наклонным и горизонтальным поверхностям, может иметь хотя и не карманный, но вполне "портфельный размер (смотри фиг.193). Этот твердомер я принимаю за прототип.

Он имеет свои недостатки:

- задается не сила воздействия на индентор, а энергия удара, т.о. в зависимости от твердости и пути торможения индентора при ударе меняется сила;

- пружина по мере эксплуатации релаксирует с изменением длины и жесткости;

- при применении прибора в разных положениях потенциальная энергия самого бойка (а не пружины) складывается с энергией самой пружины с разными знаками и коэффициентами ±0-1,00;

- энергия пружины при небольшом размере прибора и ограниченных возможностях лаборанта (читай: лаборантки) оставляет желать большего;

- принцип не дает достаточно возможностей менять усилие-энергию воздействия на индентор.

С развитием электроники разработаны твердомеры с ее применением, в которых разными датчиками замеряется величина погружения индентора (а это - доли мм) и усилие на инденторе. Электронная схема прибора выдает вычисленное значение твердости. В качестве аналога такие приборы не подходят.

Существующие конструкции твердомеров, основанные на замере величины отскока падающего груза, также не годятся в аналоги.

Предлагаемое изобретение состоит в том, что усилие на инденторе при его взаимодействии с испытуемым материалом задается равно суммарному усилию перерезания стержней (серийная проволока), может изменяться ступенчато по числу перерезов, диаметру стержней и в зависимости от материала перерезаемых стержней. А излишняя энергия молотка, минуя боек с индентором, через корпус твердомера передается на объект, материал которого исследуется.

Изобретение направлено на создание карманного инструмента для приближенного определения твердости (для части материалов - прочности) в нелабораторных условиях ударным способом с заданием силы воздействия на индентор с возможностью задания этой силы ступенчато в широких пределах (и т.о. исследования материалов с широким диапазоном свойств: бетон-сталь), в том числе задавать усилия, применяемые в традиционных методиках (по Бринеллю, по Виккерсу, по Роквеллу). При оснащении предлагаемого твердомера инденторами по названым методикам с заданием силы воздействия по этим методикам прибор позволяет пользоваться существующими таблицами для перевода размеров отпечатков индентора в единицы твердости по названым методикам. Предлагаемый твердомер не требует изготовления тарированных по твердости брусков-образцов или круглых стержней. Предлагаемый твердомер и методика предполагают использовать в качестве силозадающих стержней металлическую проволоку, например стальную проволоку, например ст. сварочную проволоку (которая имеет из общедоступных проволок повышенную стабильность химсостава и диаметра). Эта проволока после отжига даже эл.током в условиях стройплощадки или в условиях прокладки трубопровода обеспечит достаточную стабильность мех. свойств и, следовательно, достоверность результатов испытания материалов.

Твердомер изображен на чертеже.

Корпус твердомера может изготавливаться из инструментальной углеродистой стали. Тоже боек. Корпус твердомера может оснащаться рукояткой или заплечиками для защиты держащей его руки от удара молотком. Индентор должен выполняться в виде ст. шарика (по Бринеллю) или из твердого сплава вместо алмаза (по Виккерсу, Роквеллу). Отверстия для перерезывания стержней должны быть изготовлены износостойкими или путем термообработки самих деталей или путем футеровки отверстий впаянными втулками из быстрорежущей инструментальной стали.

На чертеже изображен предлагаемый твердомер, состоящий в принципе из корпуса 1, бойка 2 с индентором 3. Корпус и боек имеют соосные отверстия 4, куда перед испытанием вставляются перерезаемые стержни 6. Боек входит в глухое отверстие корпуса свободно с некоторым зазором. При применении твердомер со вставленными стержнями (для перереза) приставляют индентором перпендикулярно исследуемой поверхности и затем по корпусу твердомера вдоль его оси наносится удар слесарным молотком в направлении (см. чертеж) с энергией, достаточной для перерезания п. стержней. Суммарное усилие перерезания передается на индентор. Под действием этого усилия индентор оставляет отпечаток 8 на объекте исследования. По размеру отпечатка (например, полученному измерительным микроскопом) и таблицам получают значение твердости и прочности. При необходимости можно изготавливать измерительные микроскопы с двойной шкалой измерений: в долях мм и в условных единицах твердости (прочности), например, "по Бринеллю".