книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Директивах XXIV съезда КПСС указано, что для претворения в жизнь главной задачи новой пятилетки— «обеспечения значительного подъема материального и культурного уровня жизни народа»— необходимо «уско­ рить темпы научно-технического прогресса путем все­ мерного развития исследований в наиболее перспектив­ ных областях науки и сокращения сроков -внедрения результатов научных исследований в (производство на базе широкого использования -возможностей, создавае­ мых научно-технической революцией,... создания и внед­ рения принципиально новых орудий труда, материалов и технологических процессов». Рекомендуется обеспечить развитие исследований по созданию новых материалов и эффективных методов их обработки.

Увеличение скоростей и интенсификация работы ма­ шин и .приборов, а также технологических процессов в промышленности приводит к увеличению вибраций и шумов, в результате чего снижается надежность работы систем, происходит их преждевременный выход из строя н ухудшаются условия труда.

Среди различных методов борьбы с шумами и виб­ рациями важное место занимает гашение вредных коле­ баний за счет высокой демпфирующей способности ма­ териала деталей машин и конструкций. Во многих слу­ чаях этот способ является наиболее экономичным, а в ряде случаев единственно возможным.

Вследствие ряда причин, одними из которых явля­ ются недостаточная осведомленность конструкторов о свойствах металлов и сплавов с высокой демпфирующей способностью, сложность их технологического освоения, недостаточность (представления об основных механиз­ мах, обеспечивающих высокое демпфирование -в -металли­ ческих материалах, металлы и сплавы высокого демп­ фирования пока еще не нашли должного распростра­ нения в промышленности.

Данная [монография является .первой попыткой не только в отечественной, но и, насколько нам известно, в мировой литературе дать систематическое изложение круга вопросов, связанных с теорией и практикой разра­ ботки, испытаний и применения -сплавов .высокого демп­ фирования в промышленности.

В гл. I рассмотрены общие вопросы, связанные с при­ менением сплавов высокого демпфирования в технике, описаны основные механизмы, вызывающие высокое рассеяние энергии в металлических материалах, даны краткие характеристики отдельных групп сплавов высо­ кого демпфирования. В гл. II описаны приборы и мето­ дики измерения характеристик демпфирующей способно­ сти. В последующих главах подробно рассмотрены ос­ новные группы сплавов высокого демпфирования, их фи­ зико-механические свойства, влияние на эти свойства термической обработки и химического состава, техноло­ гические особенности изготовления из них деталей и по­ луфабрикатов, области применения.

Гл. I—III написаны Ю. К. Фавстовым, гл. IV, V —

Ю.Н. Шульгой.

Вкниге использованы материалы по исследованию внутреннего трения металлов ведущих в нашей стране

школ под руководством докт. физ.-мат. наук проф.

В.С. Постникова и акад. АН УССР Г. С.Писаренко. Авторы выражают благодарность докт. техн. наук

проф. А. Г. Рахштадту за помощь, оказанную при рабо­ те над рукописью, а также коллективам кафедр терми­ ческой обработки МВТУ им. Н. Э. Баумана и технологии металлов Кировского политехнического института, где была проведена значительная часть экспериментов, при­ веденных в книге.

Усиливающаяся тенденция к увеличению скоростей со­ временных машин и .механизмов приводит к неизбежно­ му росту вредных вибраций и шумов, повышению опас­ ности разрушения деталей при прохождении колебаний системы через резонанс вследствие обычной и акусти­ ческой усталости, понижению надежности работы меха­ низмов и ухудшению условий труда.

Борьба с вибрациями и шумами является в настоя­ щее время одной из актуальных проблем, важной прак­ тически для всех отраслей народного хозяйства и в пер­ вую очередь, для машиностроения, приборостроения и судостроения.

Эффективным, а в ряде случаев и единственно прием­ лемым способом уменьшения вредных вибраций и шу­ мов, препятствия их распространению и снижения резо­ нансных пиковых напряжений, является использование для деталей машин и конструкций, работающих в дина­ мическом режиме, сплавов с большим внутренним трени­ ем, так называемых сплавов высокого демпфирования. Последними, на наш взгляд, следует считать сплавы с относительным рассеянием энергии в диапазоне рабо­ чих амплитуд более чам 1%, т. е. не меньше, чем в таком известном материале, как сером чугуне.

, Принято различать демпфирование (внутреннее тре­ ние), обусловленное релаксационными процессами, не­ зависимое от уровня амплитуд колебаний и характеризу­ емое зависимостью с экстремумом от температуры и час­ тоты колебаний; и демпфирование, вызванное нерелакса­ ционными процессами, независимое от частоты колебаний в достаточно широком для практики диапазоне послед­ них и зависимое от величин амплитуд колебаний. Обыч­ но в сплавах при повышенных амплитудах одновремен­ но проявляются оба вида внутреннего трения, но с раз­ личной интенсивностью; так как в сплавах высокого демпфирования основную роль играет нерелаксационное

демпфирование, в дальнейшем будем рассматривать

только его.

Нерелаксационное демпфирование отличается от ре­ лаксационного или от амплитуднонезависимого демпфи­ рования как по своему механизму, так и по техническо­ му значению при решении инженерных задач. Релакса­ ционное внутреннее трение в последнее время стало тон­ ким инструментом в руках исследователей, запятых изу­ чением структурных превращений в металлах и сплавах в результате различных внешних воздействий. Нерелаксационное внутреннее трение, обусловливающее демп­ фирующие свойства металлов, величину демпфирова­ ния или степень рассеяния энергии, сообщенной телу извне в результате приложения знакопеременной нагруз­ ки, является сейчас важным самостоятельным свойством материала.

Демпфирующую способность материалов необходимо учитывать при проектировании многих деталей узлов и механизмов, работающих в сложных вибрационных ус­ ловиях, наряду с такими общепринятыми характеристи­ ками, как пределы прочности, текучести, выносливости и т. д. При прочих равных условиях деталь из сплава, обладающего высоким демпфированием, окажется более надежной при значительной вибрационной нагрузке и ударе, чем та же деталь, изготовленная из сплава, не об­ ладающего этим свойством. Благодаря высокому внут­ реннему трению свободные колебания конструкций быст­ ро затухают, значительно снижаются амплитуды вынуж­ денных колебаний в резонансном режиме, резко снижа­ ются напряжения от импульсов и ударов в конструкциях с большим числом степеней свободы и происходит вы­ равнивание динамических напряжений в местах их кон­ центраций. Чем больше внутреннее трение в конструк­ ции, тем она надежнее в работе при динамических воз­ действиях.

По мнению многих исследователей, аміплитуднозависимое или микропластическое внутреннее трение наилучшим -образом характеризует степень надежности конст­ рукций и деталей машин, испытывающих вибрационные нагрузки.

Сплавы высокого демпфирования при условии, что они обладают удовлетворительным комплексом других физико-механических характеристик следует рѳкомендо-

вать для изготовления большой номенклатуры деталей, работающих в режиме циклического нагружения, во мно­

сложных виброгасящих устройствах), практическая не­ зависимость эффекта демпфирования от частоты и, как правило, более широкая, чем у пластмасс, область рабо­ чих температур.

Использование сплавов для изготовления станин и других корпусных деталей значительно повышает вибро­ стойкость и надежность работы станков или другого обо­ рудования, снижает общий уровень шумов [1 -12].

Большое преимущество перед сложными демпферны­ ми устройствами в подвесках, амортизаторах и т. п. име­ ют различного типа пружины, изготовленные из сплавов высокого демлфированіиія.

Дальнейшее улучшение качества обрабатываемой по­ верхности и повышение скорости резания возможно при применении резцов с державками из сплавов высокого демпфирования.

В результате использования сплавов высокаго демп­ фирования для изготовления колес и шестерен значи­ тельно снижаются шумы и вибрация в различных зуб­ чатых передачах, причем наибольший эффект отмечает­ ся ів передачах Новикова. Практика эксплуатации шес^Д терен из марганцевомедного сплава с содержанием 65—66% Мп и 1—1,5% РЬ показала также их хорошую

Исключительно большую роль сплавы высокого дем­ пфирования играют в развитии современного турбостро­ ения, рде их применяют для изготовления лопаток. Бла­ годаря разработанным в (последнее время сплавам высо­ кого демпфирования на никелевой основе стало возмож­ ным повышение температуры пара на первых ступенях до 600—700“С и увеличение длины лопаток на последних ступенях до одного метра [4,13].

Как показали наши эксперименты, проведенные в за­ водских условиях, некоторые корпусные детали генерато­ ров, изготовленные из марганцевомедного сплава высо­ кого демпфирования, излучают в 5—6 раз меньше