книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами
.pdfЮ. К. ФАВСТОВ, Ю. Н. ШУЛЫ'А
СПЛАВЫ С ВЫСОКИМИ
ДЕМПФ ИРУЮ Щ ИМИ СВОЙСТВАМИ
МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1973
ПДпР
его з ала.
/ / J
УДК 669.018.2 |
демпфирующими свойствами. |
|
Сплавы с высокими |
||
Ф а в е т о в Ю. К., Ш у л ь г а Ю. H. М., «Металлур |
||
гия», |
1973, 256 с. |
современные представления о |
В |
книге изложены |
механизмах высокого демпфирования в металличес ких материалах и показаны основные принципы раз работки сплавов высокого демпфирования; подробно описаны методика и аппаратура для измерения дем пфирующей способности металлов при повышенных амплитудах. Рассмотрены наиболее перспективные сплавы, обладающие значительной демпфирующей способностью, приведены их основные физико-меха нические и технологические свойства, даны примеры применения.
Книга предназначена для инженерно-технических работников металлургических, машиностроительных и приборостроительных предприятий, научно-иссле довательских институтов, конструкторских бюро и может быть полезной для научных работников, ас
пирантов |
и студентов высших |
учебных заведений. |
Ил. 149. |
Табл. 36. Список лит.: |
218 назв. |
© Издательство «Металлургия», 1973.
3111 — |
175 |
Ф -------------- |
101— 73 |
040(01)— 73 |
Предисловие |
..................................................................... |
|
|
|
|
5 |
|
В вед ен и е .............................................................................. |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
Глава |
I. |
|
|
|
|
|
|
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ |
|
|
|||
|
|
И п о н я т и я |
|
|
|
|
|
1. |
Механизмы высокого демпфирования . . . . |
12 |
|||||
2. Основные группы сплавов высокого демпфирования |
26 |
||||||
3. |
Влияние на эффект гашения колебаний напряжен |
32 |
|||||
|
ного состояния детали и конструкции ................... |
|
|||||
|
|
Глава П. |
|
|
|
|
|
|
|
ПРИБОРЫ И МЕТОДИКА |
|
|
|||
|
|
ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК |
|
||||
|
|
ВЫСОКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ |
|
||||
1. |
Характеристики |
демпфирования, |
их определение |
35 |
|||
|
и взаимосвязь |
.......................................................... |
демпфирующей |
способ |
|||
2. Приборы |
для измерения |
49 |
|||||
|
ности ............................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава III. |
|
|
|
|
|
|
|
СПЛАВЫ Мп—Си |
|
|
|
||
1. |
Марганец и его с в о й с т в а |
........................................... |
|
|
79 |
||
2. |
Металлография |
сплавовМп—Си |
........................... |
|
87 |
||
3. |
Демпфирующая |
способностьсплавов Мп—Си |
ПО |
||||
4. |
Физико-механические свойства сплавов Мп—Си |
121 |
|||||
5. |
Технологические |
свойства |
сплавов |
Мп—Си |
. |
134 |
|
|
|
Глава IV. |
|
|
|
|
|
|
|
ФЕРРОМАГНИТНЫЕ СПЛАВЫ |
|
|
|||
|
|
ВЫСОКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ |
|
||||
1. |
Затухание |
магнитных колебаний, |
обусловленное |
142 |
|||
2. |
магнитными потерями |
. ................................ |
|||||
Ферромагнитные металлы и процесс затухания ко |
150 |
||||||
|
лебаний в |
н и х |
.................................................................. |
|
|
|
|
3. Затухания колебаний в некоторых ферромагнитных |
165 |
||||||
4. |
сплавах |
.............................................................................. |
|
|
|
|
|
Ферромагнитные сплавы с высокими демпфирую |
168 |
||||||
|
щими свойствами |
............................................................ |
|
|
|
||
1* Зак. 86 |
|
|
|
|
|
|
3 |
5. |
Исследование |
сплавов |
системы |
Со—Ni—Al—Ti |
||||||
6. |
( Н И К О ) ......................................................................... |
|
характеристики |
сплавов |
172 |
|||||
Технологические |
|
типа |
||||||||
7. |
НИКО |
......................................................................... |
|
|
НИК063 |
|
|
|
186 |
|
Микроструктура сплава |
......................... |
|
|
187 |
||||||
|
|
Глава V. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ |
|
|
|
|
||||
|
|
ВЫСОКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ |
|
|||||||
1. |
Структура и свойства |
магния ............................. |
|
|
|
190 |
||||
2. |
Сплавы магния и их п ри м ен ен и е............................. |
|
|
|
192 |
|||||
3. Сплавы |
Mg—Z |
r ........................................................... |
|
|
|
Mg—Zr |
. |
195 |
||
4. Демпфирующие |
свойства сплавов |
. . 201 |
||||||||
5. |
Влияние легирования третьим элементом на демп |
|||||||||
|
фирующие свойства сплавов |
Mg—Zr |
и |
чистого |
||||||
6. |
м а г н и я ............................ |
|
демпфирующих |
свойств |
|
209 |
||||
Природа высоких |
магния |
|||||||||
7. |
и его |
сплавов |
............................. |
|
|
|
|
|
|
219 |
Влияние технологических факторов и термической |
||||||||||
|
обработки на затухание |
колебаний |
в |
магниевых |
||||||
|
сплавах |
с высокими демпфирующими |
свойствами |
|||||||
|
и на их механические свойства ............................. |
|
|
|
229 |
|||||
8. Некоторые технологические |
и физико-химические |
|||||||||
|
свойства сплавов |
системы |
Mg—Z r ..................... |
|
|
239 |
||||
Список литературы |
|
|
|
|
|
|
247 |
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
гих отраслях промышленности. |
помощью |
|
Преимуществами |
гашения колебаний с |
|
сплавов высокого демпфирования являются |
простота |
|
(отпадает надобность |
в специальных, порою |
довольно |
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
износостойкость и удовлетворительную |
коррозионную j |
стойкость [9]. |
*"1 |
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