Установка типа ИМАШ-5

Установка предназначена для исследования микроструктуры материалов, подвергаемых нагреву и растяжению в вакууме. Головки изучаемого образца 1 закрепляются в захватах 2 и S из жаропрочного сплава. Гибкими соединительными шинами 4 и 5 захваты подключены к медным накладкам 6 и 7, которые прикреплены к полым водоохлаждаемым медным электродам 8 и 9. Электроды изолированы от стальной плиты 10 и центрируются текстолитовыми шайбами 11. Герметизация электродов обеспечивается кольцевыми прокладками 12 из вакуумной резины. При помощи гаек 13, нажимающих на шайбы 11, создается надежное вакуумное уплотнение электродов за счет упругой деформации резиновых прокладок.

К корпусу вакуумной камеры 14 на резьбе с последующей пропайкой прикреплено ушко 15, к которому при помощи вилки 16 на шарнирах присоединяется захват 2. Один из шарниров снабжен изолирующей прокладкой, благодаря чему предотвращается электрический контакт между захватом и корпусом камеры.

Для создания в образце растягивающих напряжений к захвату 3 на резьбе присоединена накладка 17. Гайка 18 и кольцо 19 обеспечивают надежный (прижим мембраны 20, выполненной из листовой 4-мм вакуумной резины. Мембрана 20 позволяет захвату 3 перемещаться вдоль оси образца без нарушения герметизации.

Трос 21, проходящий через текстолитовый изолирующий ролик 22, опирающийся на консоль 23, соединяется с подвеской 24. На этой подвеске располагается груз 25, компенсирующий атмосферное давление на мембрану 20. В установке ИМАШ-5 вес компенсирующего груза равен 21 кг.

Величину компенсирующего груза с точностью ±0,5 кг определяли при помощи датчиков сопротивления, приклеенных к контрольному образцу. Образец с датчиками предварительно подвергали тарировке.

Втулка 26, снабженная коническими пропилами, в которые проходит шпилька 27, прикреплена к тяге 28. Сменные грузы 29, по 10 кг каждый, опираются на площадку 30. Ручной домкрат 31 обеспечивает возможность статического нагружения образца после его нагрева до заданной температуры. Для нагружения домкрат опускают и выводят из соприкосновения с площадкой 30. При этом вес грузов 29 через втулку 26 оказывает давление на шпильку 27.

Для нагрева через образец пропускают переменный ток низкого напряжения, подводимый от трансформатора 32 мощностью 2 ква, напряжением 220/5 в.

Для контроля температуры образца служит платинородий-платиновая термопара 33, выводы которой проходят через вакуумное уплотнение в плите и присоединяются к быстродействующему регулирующему и регистрирующему электронному потенциометру 34 типа ЭПД-17 со шкалой на 1600°С.

В крышке вакуумной камеры 35 укреплено смотровое плоскопараллельное кварцевое стекло 36 диаметром 50 мм и толщиной 1,5 мм. В зоне размещения стекла крышка снабжена водяным охлаждением, предотвращающим при нагреве образца возможность размягчения вакуумной замазки (пицеина), использованной для уплотнения зоны сопряжения стекла и крышки.

В установке ИМАШ-5 применена шторка 37, аналогичная рассмотренной выше; служит она для предотвращения осаждения конденсатора на смотровое стекле. При перемещении шторки при помощи рукоятки 38 через коническое вакуумное уплотнение 39 отверстие диаметром 15 мм, имеющееся в шторке, может быть совмещено с центром смотрового стекла и объектива микроскопа. Эту операцию производят только на время наблюдения за микроструктурой.

Для изучения микроструктуры в процессе деформации, а также для измерения расстояния между контрольными отпечатками, наносимыми на поверхность образца до его установки (В вакуумную рабочую камеру, используют микроскоп 40 типа МВТ, снабженный объективом 41 типа ОСФ-16. В осветителе данного микроскопа применена лампа 42 типа СЦ-62. Перемещение тубуса микроскопа 43 для макро- и микронаводки осуществляется при помощи рукояток 44 и 45. В верхней части тубуса микроскопа расположен окуляр 46.

На схеме (показана также микрофотонасадка 47 типа МФН 2, позволяющая фотографировать микроструктуру на пластинки размером 9х12 см2.

Устройство для нагружения дает возможность создавать в исследуемом образце растягивающие напряжения до 11 кг/мм2. В тех случаях, когда требуются напряжения до 60 кг/мм2, используется рычажное устройство, схема которого дана на рис 61, б.

Скоба 1 прикреплена к кольцу 2, служащему для прижима резинового мембранного уплотнения. К скобе 1 при помощи гайки 3 плотно прижата втулка 4 Рычаг 5, опирающийся на корпус втулки 4, через винт 6 воздействует на тягу 7. Эта тяга при помощи троса 8 соединена с барабаном 9, навинченным на вывод подвижного захвата, к которому прикреплен изучаемый образец.

Компенсирующий атмосферное давление груз 10 и создающие растягивающие напряжения в образце грузы 11 укреплены на штоке 12 и имеют устройство, аналогичное описанному выше. При расстоянии между точкой опоры рычага 5 и точкой касания винта 6, равном 0,1 длины рычага (от точки опоры до точки подвеса груза), возможно создание в образце растягивающих напряжений до 60 кг/мм2.

На рис. 62 показан внешний вид экспериментальной установки типа ИМАШ-5.

Метод контактного электронагрева образца пропускаемым по нему переменным током, применяемый в установке ИМАШ-5, наряду с рядом достоинств (скоростной нагрев до температур, ограничиваемых возможностью расплавления образца и др.), имеет и недостатки В частности, сравнительно мала зона равномерной температуры по длине образца. Так как удлинение образца измеряется только в зоне равномерного нагрева, база для этих измерении при контактном электронагреве составляет при принятых нами размерах образцов всего около 10 мм. При точности отсчета деформации в пределах ±5 мк общая точность измерения во время опытов на установке ИМАШ 5 составляет около ±0,05%, что недостаточно при исследованиях материалов, обладающих при данных условиях испытания малыми скоростями ползучести (10в-4—10в-5 %/час). Поэтому в дальнейшем необходимо повышение точности отсчета деформации до долей микрона, а также применение вместо контактного электронагрева — способа бесконтактного радиационного нагрева в вакууме, при котором может быть увеличена база измерения деформаций и будут отсутствовать указанные выше недостатки, присущие методу электроконтактного нагрева.

На рис. 63 приведена принципиальная схема устройства для радиационного нагрева образцов на установке ИМАШ-5. Головки исследуемого образца 1 укреплены в захватах 2 и 3 из жаропрочного сплава. Захват 2 установлен в поворотном шарнирном устройстве 4, жестко соединенном с корпусом вакуумной камеры 5. Захват 3 прикреплен к водоохлаждаемой тяге 6, которая проходит через резиновую мембрану 7. Гайка 8 нажимает на шайбу 9, обеспечивающую герметизацию соединения тяги 6 с мембраной 7.

К корпусу 5 приварен патрубок 10, во фланце которого при помощи кольца 11 укреплена кромка резиновой мембраны 7. На кронштейне 12, установлен ролик 13. Трос 14 соединяет скобу 15 (продолжение тяги 6) с грузом, не показанным на рассматриваемой схеме. Охлаждающая вода подается в тягу 6 по патрубкам 16 и 17.

Радиационный нагрев образца происходит за счет тепла, излучаемого составным нагревателем: его нижней частью 18, имеющей С-образное поперечное сечение, и плоской крышкой 19, имеющей продольную прорезь шириной 3 мм и длиной 30 мм, необходимую для наблюдения за микроструктурой и измерения деформации исследуемого образца. Нагреватель изготовлен из молибденовой жести толщиной 0,4 мм и укреплен в медных колодках 20 и 21, соединенных гибкими медными шинами с накладками 22 и 23. Колодки 20 и 21 могут перемещаться относительно накладок 22 и 23 при изменении длины нагревателя в процессе повышения и понижения его температуры.

Накладки 22 и 23 жестко укреплены на полых медных водоохлаждаемых электродах 24 и 25, проходящих через изолирующее и герметизирующее уплотнение в плите вакуумной камеры 26.

Экраны 27 и 28 расположены снизу и по бокам нагреватели, а экран 29 — над нагревателем. Вдоль средней части этого экрана под кварцевым стеклом 35 имеется прорезь размером 3х30 мм, через которую наблюдают за изучаемым образцом. Молибденовая шторка 30 помещена под крышкой 31. Механизм перемещения шторки на схеме не показан.

Для измерения остаточного давления в вакуумной камере используются две манометрические лампы 32 (типа ЛТ-2 и ЛМ-2), одна из которых показана на рисунке. Ловушка для конденсации паров масла расположена в патрубке 33, а корпус пароструйного насоса 34 типа ЦВЛ-100 прикреплен к ловушке.

Для контроля температуры исследуемого образца служит термопара 36, выводы которой проходят через герметизирующее уплотнение в плите 26.

Отдельные детали описанного устройства для радиационного нагрева образцов в вакууме показаны на рис. 64 при снятой плоской части нагревателя.

Испытания показали удовлетворительную работу радиационного нагревательного устройства.