Файл: Борьба с шумом в черной металлургии..pdf

к ликвации и соединению менаду собой, а не к диспергиро* ванию в матрице. При увеличении в алюминии концентра­ ций цинка до 1,95% или серебра до 0,72% продолжитель­ ность звучания увеличивается незначительно. Исходный алюминий был различен по степени чистоты. Описанный способ приготовления образцов не исключает их наклепа, что не могло не • отразиться на результатах исследования.

Полученные результаты не могут быть экстраполиро­ ваны количественно при одновременном введении в алю­ миний двух и больше элементов из-за возможности обра­

из медных сплавов минимальное затухание достигается путем применения очень однородных структур, обычно твердых растворов, подвергнутых специальной механи­ ческой и термической обработке.

Для выяснения влияния термической обработки при производстве камертонов на время их звучания исследованы два типа термической обработки: а) нормализация при

калка при 850° С с последующим отпуском при 150—200° С [14}. Корреляции между продолжительностью звучания и структурой стали установить не удалось. Авторы реко­ мендуют применять для изготовления камертонов простые углеродистые стали с содержанием углерода больше 0,3%. Было исследовано также влияние защитного никелевого

139

покрытия на продолжительность звучания камертона. Установлено, что никелевое покрытие снижает продол­ жительность звучания.

В процессе деформирования металла и непосредственно перед его разрушением вследствие упругих колебаний про­ исходит излучение звука (явление акустической эмиссии) в относительно широком диапазоне частот. Акустическим излучением сопровождаются процессы пластической дефор­ мации, усталостных испытаний, образования и распро­ странения полос Людерса—Чернова [133].

На рис. 73 приведены энергетические спектры колеба­ ний пластины из стали 65Г в зависимости от температуры отпуска, полученные при разрыве пластины [87]. Макси­ мальная звуковая энергия, отвечающая некоторым сред­ ним температурам отпуска в пределах 350 — 400° С, умень­ шается интенсивно в сторону высоких температур.

Основная часть энергии звуковых колебаний прихо­ дится на довольно широкий диапазон частот (3—24 кгц). Установлено, что существует корреляция между излучен­ ной и упругой энергией, запасенной образцом к моменту разрушения.

П Р О Б Л Е М А БЕСШУМНЫХ МЕТАЛЛОВ

- С целью снижения вибрации и шума механического происхождения следует использовать дл-я изготовления деталей и узлов шумящего и вибрирующего оборудования металлы и сплавы с высокими демпфирующими свойствами.

На рис. 74 показано изменение демпфирующей способ­ ности марганцево-медных сплавов, закаленных из у-области диаграммы состояния двойной системы Си—Мп, и сплавов, охлажденных с печью со скоростью 100° С в час [110].

В закаленном состоянии демпфирующая способность марганцево-медных сплавов низка при содержании мар­ ганца до с\э75%, а затем заметно увеличивается. В сплавах, охлажденных с печью, демпфирующая способность начи­ нает увеличиваться-при содержании марганца меньше 40% и при росте содержания марганца изменяется независимо от состава, приобретая максимальное значение при <х>80% марганца.

Демпфирующая способность также заметно растет; когда увеличивается первоначально приложенное среднее напряжение, вызывающее колебания. Это иллюстрирует

140

рис. 75, на котором показано изменение демпфирующей способности в зависимости от содержания марганца-- при разных приложенных напряжениях. Сплавы были охлаж­ дены с печью из -г-области со скоростью 100° С в час. Демп­ фирующая способность заметно увеличивается при росте приложенной нагрузки: при 7,2 кГ/ммг максимальное зна­ чение-превышает 240%, что гораздо больше тех значений, которые обычно наблюдаются для всякого другого неметал­ лического или металлического материала.

ганцево-медных сплавов, содержащих больше 80% мар­ ганца, связывается с релаксацией напряжений вдоль (101) и (102) плоскостей раздела двойников в тетрагональной структуре [100]. Высокие значения демпфирующей способ- ' ности обнаружены и в сплавах с более низким содержанием марганца после медленного охлаждения, что связано с созда­ нием переходных состояний, в которых атомы у-фазы уже частично перестраиваются в связи с предстоящим образо­ ванием новых фаз.

Металлы и сплавы с высокими механическими свойствами, обладающие способностью гасить колебания,' предложено называть бесшумными металлами — «Hidamet» [105].

Были проведены исследования некоторых сплавов меди

сникелем, меди с марганцем, сплавов на магниевой основе

иразличных тройных сплавов подобного типа [101].

141

(

Среди сплавов, обладающих удовлетворительными свойг ствами, называют никель-кобальтовые сплавы (Нивко-10, содержащий 73% Со, 22% Ni, 1,8% Ті, 1 % Zr), сплавы марганца с медю (70% Мп, 30% Си; 60% Мп, 40% Си), соностон (54% Мп, 4,25% AI, 3% Fe, 1,5,% Ni, остальное Си), нитиноль (50% Мп и 50% Ті), сплавы алюминия с цинком, железо с высоким содержанием углерода (состав не указан), хромистую сталь (12% Cr), чугун со сфероидальным гра­ фитом, магниевые сплавы, прессованные металлические порошки, сплавы свинца, содержащие до 20% РЬ, и др. [106, 107].

Важным результатом применения сплавов с высокой демпфирующей способностью является не только сниже­ ние общего уровня звукового давления, но и уменьшение уровней высокочастотных составляющих в спектре шума. Введение, например, свинца в сплавы меди с марганцем ухудшает сопротивление износу и возможность подвер­ гаться механической обработке, повышает способность сплавов гасить резонансные колебания.

У структурно неоднородных материалов (например, чугун, металлокерамические изделия) или у дисперсионноупрочняемых материалов относительно высокая способ­ ность гасить резонансные колебания может быть отнесена за счет трения и релаксации напряжений вдоль промежуточ­ ных плоскостей. Соответствующим выбором состава и техно­ логии отливки чугуна длительность звучания можно сокра­ тить.

В изделиях из прессованных металлических порошков затухание объясняется уменьшением напряжений по гра­ ницам связей между порошкообразными металлическими частицами.

Исследование температурной зависимости демпфирую­ щей способности указанных выше сплавов показало, что

фикация некоторых металлов и сплавов по демпфирующей способности. В качестве показателя демпфирующей спо­ собности выбраны потери колебательной энергии, опреде­ ленные при касательном напряжении, численно равном 0,1 предела текучести при растяжении с остаточной деформа-

142

цией 0,2%. Подобный показатель — очень грубый ориентир, так как зависимость демпфирующей способности от напря­ жения широко изменяется при переходе от одного металла к другому.

Из обзора демпфирующих металлических конструк­ ционных материалов [4] видно, что многие легкие сплавы на основе алюминия и особенно магния обладают хорошими демпфирующими свойствами.

Демпфирующую сбособность сплавов можно повы­ сить соответствующей обработкой, предварительным на­ клепом или постоянно действующей нагрузкой. Последнее наиболее часто встречается на практике, поскольку на движущиеся детали действуют силы инерции.

В неферромагнитных сплавах (например, сплавы алю­ миния и магния) по сравнению с ферромагнитными сплавами увеличение потерь при механической нагрузке менее за­ метно.

Исследованы демпфирующие свойства конструкционных материалов, распространенных в различных отраслях отечес­ твенного машиностроения: алюминия, Мгі, сплавов на основе алюминия, магния и меди (АЛ9, АЛ19, Д16, АМц, МЛ-5), бронзы (Бр. АЖ9-4), латуни (ЛК-80-ЗЛ, Л62, Л062-1, ЛС59-1), сталей конструкционных углеродистых (сталь 10 и 45), среднелегированной (ЗОХГСА) и нержавеющих мартенситного и аустенитного классов (1X13, 3X13, Х17Н2, 1Х8Н9Т, 25Х18НВ2) [66].

Для некоторых конструкционных материалов исследо­ вано также влияние на демпфирующие свойства анодиро­ вания, оксидирования, гальванических покрытий. Демп­ фирующие свойства литейных сплавов на основе алюми­ ния мало различаются. Анодирование и оксидирование алюминиевых и магниевых сплавов практически не отра­ жаются на их демпфирующих свойствах. Гальванические покрытия увеличивают демпфирующую способность основ­ ного материала, и тем сильнее, чем больше толщина слоя осажденного металла. Наивысшей среди исследованных сталей демпфирующей способностью обладают стали 1X13 и 3X13 в отожженном состоянии.

Звукоизлучение сплавов на основе железа — наиболее распространенных конструкционных матералов — изучено очень мало. — ~

143

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ШУМ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Уровень звукового давления и частотный спектр шума механического происхождения определяются величиной возмущающей силы, частотой и гармониками ее, средой, в которой происходят колебания, размерами, формой, спо­ собом крепления материала, из которого изготовлены кон­ струкции и их отдельные элементы.

Сцелью снижения шума механического происхождения,

атакже предотвращения или ослабления вибраций и струк­ турного шума для изготовления конструкций и отдельных элементов рекомендуется применять незвучные материалы. Однако известные незвучные материалы (резина, текстолит, вулколан, стеклопластики и пр.) обладают незначитель­ ной прочностью, покиженнной износостойкостью, ограни­ ченным температурным диапазоном применения. Кроме того, изготовление деталей из подобных материалов с вы­ сокой точностью затруднительно. Часто заменить металл незвучным неметаллическим материалом невозможно. По­

этому практически важное значение для снижения шума и вибраций приобретают металлы и сплавы, обладающие пониженным звукоизлучением.

При исследовании шума зубчатых передач [82] уста­ новлено, что при замене стальных колес чугунными общий

тых колес, и сделал вывод, что снижение шума зубчатых передач может быть достигнуто при применении металла с высокими демпфирующими свойствами. Так, изготовле­ ние центров зубчатых колес из чугуна способствовало сни­ жению шума редуктора на 5 дб. Зубчатые колеса из чугуна создают в процессе работы значительно меньший шум, чем стальные, однако нагрузочная способность их ограничена.

Описаны данные применения для изготовления зубча­ тых колес сплава марганца с медью (60.или 80% Мп, осталь­ ное— медь) [111]. Обнаружена высокая способность гасить резонансные колебания у сплава, содержащего 72% Мп, 10% Ni, 18% Си.

Периодические деформации шариков и роликов под­ шипников, возникающие при перекатывании, сопровож­ даются ударами о кольца и сепаратор. Излучение воз-

144