Установка для исследования разрушения материала в вакууме.

невозможность в одной камере проводить испытания материалов при различных видах разрушения, низкая чувствительность и точность измерения. Кроме того, в известном устройстве защита энергоанализатора от механических воздействий (колебаний и толчков),неизбежных при разрушении металлических образцов обеспечивается только пространственным удалением от узла разрушения, что не обеспечивает достаточно низкого уровня воздействий и требует увеличения размеров камеры, что не всегда допустимо. Помимо этого в известном устройстве исследование образцов проводится с малой производительностью, т.к. требуется частая разгерметизация камеры.Цель изобретения - повышение производи-тельности,чувствительности и информативности испытаний образцов и анализа поверхности разрушения.Поставленная цель достигается тем, что установка для исследования разрушения материала в вакууме,содержащая вакуумную камеру, снабженную шлюзом,размещенные в вакуумной камере поворотный держатель образцов для перемещения образцов внутри камеры, устройство для разрушения образца растяжением, средства для анализа поверхности разрушения, включающие электронную пушку и энергоанали затор электронов, манипулятор, сборник обломков и горизонтальный толкатель для перемещения образцов из шлюза в камеру, имеющий на конца вилку,установка дополнительно снабжена накопителем образцов, включающем размещенный в шлюзе шток с вилкой на конце, подвижный в направлении,перпендикулярном направлению перемещения образцов из шлюза в камеру, и кассеты для образцов,размещенными в камере устройством для разрушения образцов ударным изгибом и фиксатором кассет,выполненным в виде установленного с возможностью вертикального перемещения штока с вилкой на конце,при этом каждая ив кассет для образцов выполнена в виде параллелепипеда, на одной вертикальной грани которого имеются гнезда для размещения в них концов образцов, а на трех взаимно перпендикулярных гранях три пары отверстий, служащих для ввода вилок штока накопителя, толкателя и фиксатора, держатель выполнен в виде цангового зажимас подпружиненным стержнем для выталкивания обломка образца и связан с манипулятором, служащим для перемещения держателя к образцу и переноса держателя с образцом кустройствам для его разрушения и на позицию анализа поверхности разрушения, причем в камеру введен подвижный по оси перемещения образцов из шлюза в камеру толкатель для разжатия лепестков цангового зажима. Установка содержит размещенный в камере сосуд с хладагентом, соединенный хладопроводом с опорами устройства для разрушения образца ударным изгибом. Сборник обломков выполнен шлюзовь 1 м.На фиг. 1 представлена конструктивная схема установки. На фиг.2 показано устройство узладля охлаждения и ударного разрушения образцов. На фиг.3 показано устройство кассеты с образцами и устройство ее передачи и фиксации.На фиг 4 показано устройство шлюзового сборника обломков.В вакуумной камере 1 размещены узлы разрушения,один из которых предназначен для разрушения образца растяжением, а второй для ударного разрушения. Узел для разрушения образца растяжением представляет собой подвижный шток 2 с вырезом для введения концевой части образца с головкой, закрепленной на сильфонном вводе 3, связанным с механизмом нагружения (на чертежах непоказан, размещен вне камеры). Узел растяжения снабжен упорным стаканом 4, изолированным от корпуса керамическими изоляторами 5, имеющим вырез для ввода рабочей части образца, при этом размер выреза меньше диаметра головки. Упорный стакан 4 соединен шиной с источником тока (на чертежах не показано), что позволяет осуществить нагрев образцов при испытаниях пропусканием тока по цепи упорный стакан - образец - подвижный шток - земля.Узел ударного разрушения (фиг.2) состоит из двух охлаждающих блоков 6 и 7, имеющих гибкие контакты 8,9 с криостатом 10 ипрямые канавки 1 1,радиус которых равен радиусу стержня образца для ударного разрушения. Блок 7 закреплен на подвижном вертикальном штоке 12, связанным с сильфонным узлом 13, расположенным на фланце в нижней части камеры 1. Ударный механизм выполнен в виде вертикального штока 14, закрепленного насильфонном узле (на чертеже не показан) в верхней части камеры 1.Образец 15 (фиг.3), предназначенный для разрушения растяжением выполнен в виде стержня с двумя головками и надрезом в средней части. Образец 16, предназначенный для разрушения ударом, выполнен в виде стержня с одной головкой и смещенным от центра надрезом. Образцы размещаются в пазах кассеты 17, при этом кассета имеет пазы двух различных диаметров. Один из пазов имеет диаметр, обеспечивающий скользящую посадку головки образца 15, а другой - скользящую посадку стержня образца 16. Кассета 17 снабжена тремя парами гнезд, одна из которых 18 располагается вертикально на нижней поверхности кассеты, другая 19 располагается горизонтально на поверхности противоположной поверхности с пазами, а третья пара 20 - на боковой поверхности кассеты служит для размещения кассеты на штырях 21 (фиг. 1) модуля 22, закрепленного на подвижном штоке сильфонного узла ( не показан) смонтированного на стенке шлюзовой камеры 24,отделенной от камеры 1 проходным отверстием,герметично закрытым клапаном вентиля 25. На штырях модуля 22 можетразмещаться необходимое число кассет с образцами.В нижней части камеры 1 (фиг.3) расположен на сильфонном узле (на чертежах не показан) подвижный шток 26 с вилкой 27, установленный вертикально. В шлюзовой камере 24 располагается горизонтальный подвижный шток 28 с вилкой 29, смонтированный не сильфонном узле (на чертежах не показан).3 0 с пружиной 3 1 И цанговым захватом З 2,сбрась 1 вающим стержнем 3 3 , расположенным в сквозном канале цангового захвата И имеющим пятку 34, служащую для крепления к корпусу 30 И смонтирован на штоке 35 манипулятора (на чертежах не показан),обеспечивающего поворот вокруг вертикальной оси на 3 600 И перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Для раскрытия цангового захвата держателя И перемещения сбрасывающего стержня предназначен нажимной шток 36, смонтированный на сильфонном вводе (в чертежах не показан).На дне камеры 1 расположен шлюзовой сборник обломков 37 (фиг.4) представляющий шлюзовую камеру Небольшого размера по сравнению с камерой 1,содержащую вентиль с клапаном 3 8, перекрывающим отверстие 39 соединяющее камеру 1 со сборником обломков И съемный фланец 40.В камере 1 расположены также электронная пущка 41 И энергоанализатор 42 для анализа поверхности разрушения обломка 43.Установка работает следующим образом.В исходном состоянии вакуумная камера 1 отделена от шлюзовой камеры 24 клапаном вентиля 25, образцы находятся в кассетах, расположенных на штырях модуля 22, в вакуумной камере 1 кассет нет, держатель образцов с цанговым захватом 32 свободен от образцов ИлИ обломков.С помощью штока 23 модуль 22 устанавливается в такое положение внутри шлюзовой камеры 24, в котором вилка 29 при движении штока 28 осуществляемом через сильфонный узел извне, входит в горизонтальную пару гнезд 19. После этого шток 22 извне через сильфонный узел приводится в движение в направлении от кассеты,вилка 29 фиксирует положение кассеты, штыри 2 1 модуля 22 выводятся из пары гнезд 20. После достижения в шлюзовой камере 24 Необходимого вакуума открывается отверстие клапана вентиля 25 И движением штока 28 кассета переносится через отверстие в камеру 1, причем шток 28 устанавливается в такое положение при котором гнезда под вилку 18 нанижней поверхности кассеты совместятся с траекториями движения штырей вилки 27 при движении штока 26, осуществляемом Извне через сильфонный узел вверх. После того, как кассета 17 будет зафиксирована на вилке 27, шток 28 отводится назад, освобождая отверстие, которое закрывается клапаном 25 , камера 1 герметизируется И в ней восстанавливается уровень вакуума, необходимый для проведения испытаний И анализа поверхности разрушения.Держатель образца с цанговым захватом 32 подводится к образцу 15 после чего нажимом штока 3 7,осуществляемым Извне через сильфонный ввод на пятку 34, корпус 30 смещается вперед, освобождает цангу,которая раскрывается настолько, чтобы головка образца без помех проходила в нее. После этого, движением штока 36 держатель смещается вперед, цанга закрывается И обхватывает головку образца. После этого шток 36 отводится назад, чтобы не мешать движениям держателя,под действием пружины 3 1 корпус 30 отходит назад И фиксируется головка образца в цанговом захвате.Далее производится перемещение образца в узел разрушения растяжением, свободная головка образца вводится в вырез подвижного штока 2 , а внутренняя часть головки, находящейся в цанговом захвате Имеет зазор с поверхностью упорного стакана 4. После включения механизма нагружения, шток 2 начнет смещаться по направлению от держателя, благодаря зацеплению за головку образца приведет его в движение,при этом головка, находящаяся в центовом захвате выйдет Из него на величину зазора И упрется в стакан 4. После этого вся нагрузке будет приходиться на упорный стакан, адержатель И шток манипулятора не испытывают усилий, что предотвращает их от повреждений И снижает уровень механических колебаний И шумов,передаваемых на другие узлы установки. Керамические изоляторы 5 обеспечивают возможность нагрева образца пропуска-нием тока. После разрыва образца,его обломок, головка которого находится в цанговом захвате, выводится из выреза упорного стакана И переводится в позицию для анализа поверхности разрушения 43. Обломок, находившийся в вырезе подвижного штока падает в отверстие шлюзового сборнике обломков 38.Для проведения испытании на ударное разрушение используется образец 1 6, головка которого захватывается в цангу аналогичным образом И образец переносится к узлу ударного разрушения. В нужной позиции стержень образца 16 должен находиться между охлаждающими блоками 6 И 7 между канавками 11. После подъема держателя вверх стержень образца окажется верхней частью в канавке 11 верхнего охлаждающего блока 6,после чего движением вверх штока 12 поверхность канавки охлаждающего блока 7 прижмет стержень к верхнему блоку. В результате часть стержня между цангой И надрезом оказывается плотно зажатой между блоками охлаждения, причем канавки 1 1 обеспечивают большую поверхность теплового контакта между блоками И образцом. После охлаждения образца в области надреза материал, как Известно, приобретает склонность к хрупкому зернограничному разрушению при ударных испытаниях. Механический удар производится штоком 14 по концевой части образца 16 за надрезом. Удар осуществляется извне через сильфонный узел ( на черт. не показан) в верхней части камеры. Обломок без головки падает в отверстие шлюзового сборника обломков, а обломок с головкой,находящийся в цанговом захвате переносится в позицию для проведения анализа поверхности разрушения. Благодаря эффективному охлаждению образца через большую поверхность канавок И хорошему тепловому контакту стержня с прижатыми блоками 6,7 достигается низкая температура образце, что облегчает достижение хрупкого состояния И уменьшает энергию удара,необходимую для разрушения. Уменьшение энергии удара ведет к снижению энергии механических колебаний, передаваемой на устройстве с помощью которых проводится анализ поверхности разрушения,например,на электронную пушку И энергоанализатор,следовательно снижается уровень шумов И повышается чувствительность Измерений.Анализ поверхности разрушения производится с помощью электронной пушки 41, создающей пучок электронов, возбуждающих оже-электронь 1 из атомов на поверхности разрушения и энергоанализатора 42,анализирующего спектр оже-электронов по энергиям,тем самым дающим информацию для определения элементного состава поверхности разрушения.После проведения анализа цанговый захват освобождается от обломка с помощью сбрасывателя. Для этого держатель образца устанавливается налинии,совпадающей с продолжением Штока 36, затем шток 36 перемещается вперед действием извне через сильфонный узел, нажимает на пятку 34 сбрасывающего стержня, сжимает пружину 3 1, выполняющую помимо своего прямого назначения еще и функции демпфера механических колебаний при испытании, раскрывается цанговый захват, освобождая головку образца,дальнейшее перемещение штока 3 6 приводит сбрасывающий стержень 3 3 в касание с головкой обломка и последним выталкивается из держателя и падает в отверстие 39 шлюзового сборнике обломков.После того, как все образцы из кассеты 17 будут исследованы, открывается вентиль, отделяющий камеру 1 от шлюзовой камеры 24, в которой поддерживается высокий вакуум, т.к. благодаря наличию модуля с кассетами отсутствует необходимость разгерметизации шлюзовой камеры после исследования образцов из одной кассеты. Это значительно повышает производительность установки, сокращая время на достижение высокого вакуума. Движением штока 28 вилка 29 вводится в гнезда 19, фиксируя кассету, шток 26 перемещается вниз, освобождая кассету от вилки 27. После этого шток 28 выводится из камеры 1 в шлюзовую камеру с кассетой 17, фиксированной на вилке 29.Для извлечения обломков образцов без разгерметизации камеры 1, шлюзовой сборник 3 8 откачивается до необходимого уровня вакуума, после чего открывается вентиль 3 8, при этом обломки,располагавшиеся в отверстии 39 на поверхности клапана упадут на съемный фланец 10. После этого вентиль 3 8 закрывается, отсекая шлюзовой сборник от камеры 1,снимается фланец 40 и извлекаются обломки. Фланец 40 устанавливается на место, производится вакуумная откачка шлюзового сборника до необходимого уровня вакуума.1 Установка для исследования разрушения материала в вакууме, содержащая вакуумную камеру, снабженную шлюзом, размещенные в вакуумной камере поворотный держатель образцов для перемещения образцов внутри камеры, устройство для разрушения образца растяжением средства для анализа поверхности разрушения,включающие электронную пушкуи энергоанали-затор электронов, манипулятор , сборник обломков и горизонтальный толкатель для перемещения образцов из шлюза в камеру , имеющий на конце вилку,отличающаяся тем, что с целью повышения производительности , информативности и чувствительности , она снабженанакопителем образцов,включающим размещенный в шлюзе шток с вилкой на конце, подвижный в направлении перпендикулярном направлению перемещения образцов из шлюза в камеру, и кассеты для образцов размещенными в камере устройством для разрушения образцов ударным изгибом и фиксатором кассет , выполненным в виде установленного с возможностью вертикального перемещения штока с вилкой на конце, при этом каждая из кассет для образцов выполнена в виде параллелепипеда , на одной вертикальной грани которого имеются гнездадля размещения в них концов образцов а на трех взаимно перпендикулярных гранях три пары отверстий , служащих для ввода вилок штока накопителя толкателя и фиксатора , держатель выполнен в виде цангового зажима с подпружиненным стержнем для выталкивания обломка образца и связан с манипулятором , служащим для перемещения держателя к образцу и переноса держателя с образцом к устройствам для его разрушения и на позицию анализа поверхности разрушения, причем в камеру введен подвижный по оси перемещения образцов из шлюза в камеру толкатель для разжатия лепестков цангового зажима.2. Установка по п.1 отличающаяся тем, что она содержит размещенный в камере сосуд с хладагентом,соединенный хладопроводом с опорами устройства для разрушения образца ударным изгибом.3. Установка по п.1 , отличающаяся тем, что сборник обломков выполнен шлюзовым.