Методическое пособие 812

тарелка с маленьким отверстием на дне помещалась на воду. После определенного времени плавающая тарелка наполнялась водой и тонула. Около 2000 лет назад человек изобрел еще один вид часов – песочные. Они состояли из двух полых стеклянных сосудов, соединенных так, что песок мог пересыпаться из одного в другой. Верхний сосуд был наполнен песком в таком количестве, что он высыпался в отверстие в течение часа. Сутки делили на два равных последовательных интервала (условно день и ночь). Каждый из них делили на 12 часов. Дальнейшее деление часа восходит к шестидесятеричной системе счисления. Каждый час делили на 60 минут. Каждую минуту – на 60 секунд.Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках – 24 часа, или 1440 минут, или 86 400 секунд [2].

Время и городское пространство, как единая структура для формирования современного постиндустриального мира. Как же время связано с городским пространством?

1. Совершенствование и изобретение новых архитектурных форм.

История архитектуры является наукой одновременно исторического и теоретического профилей. Эта её особенность обусловлена спецификой предмета — истории возникновения и развития архитектуры, теоретических знаний об архитектуре, архитектурного языка, архитектурной композиции, а также наблюдение таких общих черт и признаков архитектуры определённого времени и места, которые позволяют выделить архитектурные стили. Архитектурный стиль является характерной чертой метода истории архитектуры и может определяться, как совокупность основных черт и признаков архитектуры определённого времени и места, проявляющихся в особенностях её функциональной, конструктивной и художественной сторон (назначение зданий, строительные материалы и конструкции, приёмы архитектурной композиции). Понятие архитектурного стиля входит в общее понятие стиля как художественного мировоззрения, охватывающего все стороны искусства и культуры общества в определённых условиях его социального и экономического развития, как совокупности главных идейнохудожественных особенностей творчества мастера. Так, благодаря времени и непрерывному процессу развития человечества в разных сферах деятельности, возникли определённые стили архитектуры, которые сложились в дисциплину

–«Архитектура» [3].

2.Градостроительные элементы, как культурное наследие прошлого.

Культурное наследие – это созданные человеком прошлого творения

(материальные или духовные), в которых человек настоящего видит культурную ценность и желает сохранить их для будущего. Само наследие определяется как составная часть культуры, выступая одновременно и как способ присвоения индивидом культурных феноменов, и как сама основа культуры. Другими словами, культурное наследие – это особая часть культуры, значимость которой признана поколениями. Также признается ныне и усердием современников должна быть сохранена и передана в будущее.

50

3.Время, как основополагающий фактор для создания эксплуатируемого объекта. Идеальное (духовное) производство – разработка новых моделей, которые первоначально могут существовать лишь в идеальной форме рисунков, чертежей, описаний. Эту функцию выполняют творцы моды: модельеры, конструкторы, архитекторы, композиторы, поэты и т.д. Однако, важно не только создать и воплотить в жизнь идею, но и сделать так, чтобы объект стал «популярен» и был широко эксплуатируем разными организациями

илюдьми. Поэтому создавая масштабный и сложный элемент, важно просчитать риски. Для того, чтобы после завершения его строительства, он не стал скучной обыденностью, которая не сможет привлечь инвесторов и широкую аудиторию людей для различных целей.

4.Время – это инструмент управления темпом жизни человека в городском пространстве. Немало важную роль занимает отдельный человек в

огромном мире, так как из-за того, что все люди разные создаются дифференцированные объекты архитектурно-планировочных организаций. Существует широкий спектр профессий, увлечений и хобби для человека. Для наиболее точного и успешного функционирования всей городской системы, нужно учитывать биологические, технологические и временные факторы, т.е. При определении времени работы школы, детских садов, важно учитывать биологический возраст детей и подростоков, а также их физическое состояние и возможности, для более успешного усвоения информации материала в данное время и в данную минуту.

51

Для медицинского обслуживания и посещения государственных учреждений важно выбирать время работы так, чтобы взрослые люди могли без затруднения воспользоваться услугами, не приобретая себе дополнительные проблемы, в связи с пропуском их работы.

Развлекательные элементы города могут работать в вечерние часы, так как большинство людей находятся на учёбе или работе. Это решение оправдывается не только этим фактором,а тем, что это ещё и позволит разгрузить некоторые дороги в час пик, а также снизить потребление электроэнергии.

Литература

1.Читальный зал знахарь: Что такое время?: электрон. журн. 23.05.2017 URL:https://znaxar.com/articles/21915-chto-takoe-vremja.html.

2.Свободная энциклопедия Википедия, статья "Единицы измерения времени" URL:https://ru.wikipedia.org/wiki.

3.Свободная энциклопедия Википедия, статья "История архитектуры" URL:https://ru.wikipedia.org/wiki.

52

УДК 53.072:621.791.4

ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА ТИТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАВЛЕНИЯ НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ

В.В. Пешков1, А.Б. Булков2, И.Б. Корчагин3, С.М. Ларсов4 1Д-р техн. наук, профессор, e-mail: otsp@vorstu.ru 2Канд. техн. наук, доцент, e-mail: bulkov_ab@mail.ru 3Канд. техн. наук, доцент, e-mail: otsp@vorstu.ru 4Магистрант кафедры ТСПД, e-mail: otsp@vorstu.ru

Аннотация: в статье рассмотрен технологический процесс диффузионной сварки титановых конструкций. Особенностью рассматриваемой технологии является снятие внешнего сжимающего давления на заключительном этапе сварки для уменьшения накопленной деформации свариваемых заготовок.

Ключевые слова: титановые сплавы, микроструктура, диффузионная сварка, микрорельеф.

При рассмотрении механизма образова-ния соединения в процессе диффузионной сварки титана [1] было показано, что при сближении контактных поверхностей в процессе ползучести под действием сжимающего давления на расстояние соизмеримое с высотой микрорельефа, формирующегося под действием собственных напряжений, происходит формирование микроконтактов, являющихся очагами схватывания. После этого без участия сжимающего давления может происходить рост площади контакта по механизму спекания и, как следствие этого, рост прочности соединения.

Целью проведения исследований было установление практической целесообразности снятия внешнего сжимающего давления на заключительном этапе сварки для уменьшения накопленной деформации свариваемых заготовок.

Сварка стыковых цилиндрических образцов для механических испытаний и металлографических исследований осуществлялась по стандартной схеме, при которой сжимающее давление р прикладывается к свариваемым заготовкам при достижении температуры сварки.

Финишной обработкой контактных поверхностей одной партии образцов было полирование до Ra=0,2–0,3 мкм, а другой – чистовое точение, обеспечивающее Ra=6,8–7 мкм.

Диффузионную сварку образцов из сплава ОТ4 с исходной глобулярной (мелкозернистой) микроструктурой проводим в вакууме 2,6 Па с использованием давления р=2,0 МПа только на начальном этапе. Длительность приложения давления, выбранная из условия создания предварительного контакта площадью Fотн=0,5-0,55 от номинальной площади, при температурах 850, 900, 950 °С составляла 90, 25 и 10 мин, соответственно. После развития начального контакта давление снималось и образцы подвергали изотермическому отжигу в среде аргона в течение 60-180 мин.

53

Прочность соединения при испытаниях на статический разрыв после образования начального контакта составляла 0,60-0,73 от предела прочности основного металла (σв = 765 МПа).

Сварка и испытание образцов с использованием давления на начальном этапе показали, что при температуре 850°С увеличение длительности изотермического отжига до трех часов практически не приводило к повышению прочности соединения (σв ≈ 460 МПа). Микроструктура зон соединения и топография поверхностей разрушения приведены на рис. 1 и 2 (поз. а). Средний размер протяженности дефектов в зоне контакта составляет 45–50 мкм, а относительная суммарная протяженность всех дефектов 48 %.

Повышение температуры сварки до 900 °С сопровождается увеличением прочности соединения, которая после трехчасового изотермического отжига достигает прочности основного металла, но разрушение соединения при испытаниях происходило по плоскости контакта свариваемых образцов. Типичная микроструктура зон соединения и топографии поверхностей разрушения приведены на рис. 1 и 2 (поз. б). С увеличением длительности изотермического отжига средний размер протяженности дефектов сокращался до 38–43 мкм и, как следствие этого, уменьшалась суммарная протяженность дефектной зоны до 43 %.

в

Рис. 1. Микроструктуры зон диффузионного соединения сплава ОТ4, полученного с использованием давления 2 МПа на начальном этапе и последующего изотермического отжига в течение 60 мин при температурах, °С:

а – 850; б – 900; в – 950, ×500

54

Фрактографический анализ поверхностей разрушения показывает, что увеличение длительности изотермического отжига при 900 °С сопровождается увеличением размеров гребней отрыва и формированием чашечного рельефа. Это дает основание считать, что рост прочности соединения связан в первую очередь с развитием процесса сварки на участках контакта, сформированного на первом этапе при деформации микровыступов от механической обработки под действием приложенного давления.

в

Рис. 2. Топографии поверхностей разрушения диффузионного соединения сплава ОТ4, полученного с использованием давления 2 МПа на начальном

этапе и последующего изотермического отжига в течение 60 мин при температурах, °С: а – 850; б – 900; в – 950, ×1500

После сварки при 950 °С и изотермического отжига в течение одного часа прочность диффузионного соединения равнялась прочности основного металла, но разрушение соединения происходило по зоне сварки. Микроструктура зон соединения и топография поверхностей разрушения приведены на рис. 1 и 2 (поз. в). Увеличение длительности изотермического отжига до двух часов приводит к формированию диффузионного соединения, разрушающегося при испытаниях на статический разрыв по основному металлу, при этом удлинение

(δ) равнялось 12,5 %, а сужение (ψ) – 27,3 %.

Повышение прочности соединения за счет дополнительного изотермического отжига связано с развитием процесса сварки на дефектных участках в зоне стыка – между гребнями микровыступов от механической

55

обработки. В процессе отжига на этих участках вначале появляются отдельные очаги взаимодействия свариваемых поверхностей, плотность которых возрастает с увеличением длительности отжига.

Обращает на себя внимание различие в поверхностях разрушения участков диффузионного соединения, сформировавшегося в процессе пластической деформации микровыступов и образовавшегося при последующем изотермическом отжиге (рис. 3). И хотя разрушение соединений в обоих случаях происходит по механизму зарождения, роста и слияния микрополостей, в первом случае (рис. 3, а) соединения обладают меньшей прочностью и пластичностью, чем во втором (рис. 3, б), о чем свидетельствуют размеры (диаметр, глубина) ямок изломов.

Рис. 3. Топографии поверхностей разрушения диффузионного соединения сплава ОТ4, сформировавшегося при 950 °С в процессе пластической

деформации микровыступов (а) и последующего изотермического отжига (б), ×4000

Сопоставление деформаций образцов ε, сопутствующих получению соединения равнопрочного основному материалу при сварке сплава ОТ4 при 950 °С и давлении 2,0 МПа по технологическим схемам: с использованием давления в течение всего времени сварки и с использованием давления только на начальном этапе показало, что в первом случае ε=6-7 %, а во втором - ε=2,5-3 %. Однако длительность процесса сварки в первом случае составила 30 мин, а во втором – 130 мин.

Длительность процесса сварки с использованием давления на начальном этапе может быть сокращена при обеспечении качества соединения на уровне основного материала, если после развития контакта при 950 °С до Fотн>0,5 снять давление, повысить температуру до 1000 °С (на 20-30 °С выше окончания α+β→β-превращения) и провести изотермический отжиг при этой температуре в течение 15-20 мин. Микроструктура зон соединения и топография поверхности его разрушения приведены на рис. 4.

Наблюдаемый эффект в большей степени следует связывать не с величиной температуры, а с развитием сварки в процессе нагрева (длительность нагрева от 950 °С до 1000 °С составляла 10-15 мин) при переходе через

56

интервал полиморфного превращения, когда внутренние (собственные) напряжения будут достигать максимальных значений при минимальном сопротивлении сплава высокотемпературной деформации и, как следствие этого, наблюдается интенсивное развитие деформационных рельефов в зоне сварки, что положительно сказывается на образовании соединения.

Иная картина наблюдается, если сжимающее давление, необходимое для развития предварительного контакта (Fотн≈0,5) прикладывается не при 950 °С, а при 1000 °С, т.е. в β–фазе. Последующий изотермический отжиг без давления хотя и приводит к росту предела прочности сварного соединения, но даже после двухчасового отжига разрушение соединения при испытаниях на разрыв происходило в зоне сварки по контактным поверхностям (рис. 5).

Выводы:

1. При диффузионной сварке титановых сплавов с исходной глобулярной (равноосной мелкозернистой) микроструктурой величина накопленной деформации свариваемых заготовок может быть снижена (более чем в 2 раза), если процесс сварки выполняют в интервале температур полиморфного превращения (~950 °С) в два этапа. Сварочное давление используется только на первом этапе для образования физического контакта площадью не менее 50 % от номинальной, на втором – рост площади контакта происходит при изотермическом отжиге без давления за счет механизма спекания.

2. Длительность изотермического отжига зависит от температуры. При использовании температуры выше окончания полиморфного превращения (~1000 °С) длительность отжига сокращается почти в 10 раз по сравнению с отжигом при 950 °С.

в ×1000

Рис. 4. Микроструктура (а) и топографии поверхностей разрушения (б, в) зон диффузионного соединения сплава ОТ4, полученного с использованием

давления 2 МПа на начальном этапе при 950 °С и последующего изотермического отжига при 1000 °С в течение 20 мин

57

в ×1000

Рис. 5. Топографии поверхностей разрушения диффузионного соединения сплава ОТ4, полученного с использованием давления 2 МПа на начальном

этапе и последующего изотермического отжига в течение 30 мин (а) и 120 мин

(б, в) при 1000 °С

Литература 1. Пешков В.В. Механизм образования соединения при диффузионной

сварке титана / В.В. Пешков, А.Б. Булков, С.В. Сафонов и др. // Сварочное производство. – 2012. – №12. – С. 23-28.

58

УДК 536.34

ИССЛЕДОВАНИЕ ВАКУУМНОЙ ПУШКИ И ЕЁ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

К.С. Булавинцева1, А.А. Гетманская2 А.В. Абрамов3, А.И. Никишина4, А.К. Тарханов5

1,2Студенты гр. Б111; 1getmanskaya.aliona@yandex.ru 3Канд. техн. наук, доцент, abramovvgasu@yandex.ru 4,5Канд. физ.-мат. наук, доцент, anvetkin@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: в данной работе была изготовлена и исследована модель вакуумной пушки. В практической части работы была построена действующая пушка и проведен ряд испытаний. Для получения данных о скорости и энергии снаряда использовался электронный хронограф. В теоретической части работы, были описаны процессы, протекающие во время выстрела, и выведены формулы для определения скорости и энергии снаряда, а также исследованы характеристики газа внутри пушки.

Ключевые слова: вакуумная пушка, электронный хронограф, «теоретические» и «экспериментальные» скорость и энергия, изобарное расширение и адиабатическое сжатие газа.

Вакуумная пушка – дульнозарядное орудие, приводимое в действие разницей между атмосферным давлением и созданным пониженным давлением внутри ствола, для придания снарядам высокой скорости.

Созданная экспериментальная установка позволила провести серию экспериментов, результаты которых приведены на рис.1 и 2.

В качестве теоретической модели использовалась классическая установка с некоторыми приближениями: отсутствие силы трения между снарядом и стволом; воздух равномерно заполняет пространство от снаряда до левого торца пушки; движение снаряда является равноускоренным; движение газа в трубе линейно и без завихрений; скорость воздуха в стволе в некоторый момент времени совпадает со скоростью снаряда в тот же момент времени; масса газа в

59