Файл: Эскин, Г. И. Ультразвук шагнул в металлургию.pdf

воздействие ультразвука на линейные дефекты — дис­ локации. Оценим напряженное состояние в любой точ­ ке твердого тела, находящегося под действием ультра­ звука, суммой двух напряжений:

ное движение, причем в зависимости от величины зву­ кового напряжения проявляется один из двух эффек­ тов. При малых напряжениях меняются только силы взаимодействия между самими дислокациями или между дислокациями и окружающими их точечными де­ фектами. При больших напряжениях, близких к значе­ нию предела текучести данного металла, происходит раз­ множение дислокаций и их перемещение, другими сло­ вами, при большой мощности ультразвука изменяется состояние дислокационной структуры, в частности связь дислокаций с примесными атомами.

90

При воздействии ультразвуковых напряжений, так же как и при любом другом виде пластической дефор­ мации, плотность дислокаций повышается.

Б. Лангенеккеру в 1965 г. удалось наблюдать эти

стадии повышения плотности дислокаций под действи­ ем ультразвука. Поместив очень тонкий образец алю­ миния высокой чистоты (99,999%) в электронный мик­ роскоп и возбуждая в образце ультразвуковые колеба­ ния частотой 40 кгц, исследователь отчетливо видел

образование под действием ультразвука скоплений

звуковая энергия способствует освобождению дислока­ ций и пластическая деформация протекает свободно. А в том случае, когда металл не подвергают пластиче­

Итак-, изменение дислокационной структуры под действием ультразвука способствует снижению усилий деформации металлов или при тех же усилиях дефор­ мации повышает пластичность металлов.

Однако при обработке металлов давлением боль­ шое влияние па его обрабатываемость, кроме способ­ ности материала деформироваться, оказывает также контактное трение между материалом и инструментом в очаге деформации.

Возникающее трение создает условия неоднородной и затрудненной деформации и способствует появлению

91

остаточных напряжений как в инструменте, так и в ма­ териале. Применение смазки далеко не всегда позво­ ляет эффективно снизить трение, поэтому взыскание новых способов снижения контактного трения состав­ ляет актуальную задачу обработки давлением.

Оказалось, что воздействие ультразвука может су­ щественно снизить контактное трение. Для оценки сте­ пени снижения трения в зависимости от величины на­ грузки под действием ультразвука был проведен сле­ дующий опыт (рис. 38). На вращающемся столе иссле­

0 до 250 кг[сек (смазка — сульфид молибдена). При ука­ занных условиях опыта колебательная скорость шари­

Из графика на рис. 38 следует, что при низких зна­ чениях линейной скорости точки стола, к которой при­ жат шарик, меньших колебательной скорости шарика,

ления колебаний. При совпадении направлений враще­

звука максимален. При взаимно перпендикулярных на­ правлениях (случай 4) снижение трения под действием ультразвука отсутствует.

93

<С'

Объяснение этому явлению может быть найдено в гом, что колеблющаяся соосно с направлением враще­ ния поверхность шарика как бы «подтягивает» за со­ бой в течение части периода колебаний контактирую­ щую поверхность стола и таким образом средняя сила трения уменьшается.

Исследователи Р. Польман, Е. Лефельд [22] обра­ тили внимание на один эффект, который проявляется при соосном направлении колебаний и трущихся по­ верхностей (см. рис. 38,а, случаи 1 и 2). В этих опытах направление колебаний неточно тангенциально к по­ верхности контакта, а составляет небольшой угол (8°). Эта легкая асимметрия приводит к тому, что колеб­ лющийся шарик описывает не линейные, а эллиптичес­ кие колебания, и эти искажения колебательного дви­ жения передаются на вращающийся стол. Составляю­ щая реакцию колебательного движения сила настоль­ ко велика, что может самостоятельно привести стол в движение. Поэтому в случае 1 сила трения снижается под действием этой асимметрии, а в случае 2, напро­ тив, повышается.

Снижение коэффициента трения под действием ко­ лебательной скорости можно легко наблюдать из ниже­ следующего опыта, проделанного А. М. Мицкевичем [22]. Груз весом 4 Г устанавливается на волноводе квадратного сечения в пучности амплитуды и затем в спокойных условиях и под действием ультразвука про­ изводится измерение силы, необходимой для смещения груза из состояния покоя. Как видно из рис. 39, эта сила падает по мере увеличения амплитуды колебаний.

Снижение контактного трения под действием ульт­ развука может быть полезно использовано в промыш­ ленных процессах пластической деформации, напри-

95

мер при волочений 'груб из цветных Металлов И стали [22]. На рис. 40, о и б показаны схемы волочения и кривые снижения трения при волочении медных труб

Рис. 39. Схема опыта, демонстрирующего влияние ультразвука на контактное трение (а), и результаты опыта (б) [22]:

/ — преобразователь; 2 — груз; 3 — волновод

дольных колебаний (вдоль оси волочения) усилия во­ лочения снижаются на 30—35%, при возбуждении по­ перечных колебаний (поперек оси волочения)— на 12—19%■ В обоих случаях очаг деформации совпадает с пучностью амплитуды и узлом напряжения. В пер­ вом случае (возбуждение продольных колебаний) сила

96

трения составляет всего 10% от силы трения в обыч­ ных условиях; при возбуждении в волоке поперечных

ПодЫ Отвод

Рис. 40. Схемы эксперименталь­

J

колебаний сила трения составляет 90% от силы трения в обычных условиях.

Механизм снижения контактного трения под дейст­ вием ультразвука состоит, видимо, в пластической де­ формации микроскопических неровностей между тру­