СПЛАВЫ С ПОВЫШЕННЫМИ ДЕМПФИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ В ТЕХНИКЕ БОРЬБЫ С ШУМОМ

ALLOYS WITH INCREASED DAMPING PROPERTIES IN THE TECHNIQUE NOISE CONTROL

Asel Erkonyr

candidate of Technical Sciences, docent, University of Zhezkazgan named by O.A. Baikonurov,

Kazakhstan, Zhezkazgan

Ardak Ahmetbekova

candidate of Technical Sciences, docent, head of the Department of Electrical power and safety, University of Zhezkazgan named by O.A. Baikonurov,

Kazakhstan, Zhezkazgan

Dinmuhammed Sarsembaev

candidate of Technical Sciences, docent, vice Rector for Academic Affairs and educational work, University of Zhezkazgan named by O.A. Baikonurov,

Kazakhstan, Zhezkazgan

Kazbek Orazbaev

senior Lecturer in University of Zhezkazgan named by O.A. Baikonurov,

Kazakhstan, Zhezkazgan

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены демпфирующие характеристики серого чугуна, который очень широко применяется для производства станочного и горно-рудно оборудования.

ABSTRACT

In article examined the structural-sensitive characteristics, that employ for the production of bench and mining equipments.

Ключевые слова: горно-рудное оборудование, серый чугун, демпфирующие характеристики, снижение шума.

Keywords: bench and mining equipments, gray iron, the damping characteristics, reduction of noise

В последнее время для изготовления деталей шумящего оборудования часто применяют материалы с повышенными демпфирующими свойствами, это обеспечивает гашение шума и вибрации. Применение в качестве сплавов с повышенными демпфирующими свойствами (СПДС) цветных сплавов ограничено дороговизной, неудовлетворительным комплексом физико-механических характеристик, особенно в диапазоне повышенных температур. Наиболее перспективными являются железоуглеродистые сплавы (стали), которые существенно превосходят по физико-механическим характеристикам цветные сплавы, сравнительно дешевы, широко используются при изготовлении деталей оборудования, работающих в режиме циклических нагружений [4].

По признакам основного механизма рассеяния энергии и химическому составу все сплавы высокого демпфирования можно разделить на четыре группы:

1. упругодвойникующиеся сплавы (сплавы на марганцево-медной основе и основе магния);
2. сплавы с обратимым мартенситным превращением (сплавы на медноалюминевой основе, сплавы на меднооловянистой основе, никель титановые сплавы, сплавы на основе железа);
3. сплавы с магнитомеханическим демпфированием (сплавы на основе железа и сплавы на основе никеля и кобальта);
4. сплавы с резко выраженной гетерегонной структурой (чугуны, свинцовистые бронзы, сплавы алюминия с оловом и цинком).

Данная классификация в определенной степени условна, поскольку в некоторых сплавах уровень демпфирования вызывается действием нескольких механизмов [3].

Решение проблемы снижения шума при использовании сплавов высокого демпфирования возможно осуществить лишь в том случае, если опираться на конкретные результаты исследований, так как для различных классов материала формирование способности поглощать энергию звуковых колебаний самой структурой зависит от множества факторов, таких как соотношение компонентов структуры, вид технологической обработки и т. д. Данные о влиянии химического состава сплавов на их демпфирующие свойства позволяют сделать предположение о возможности разработки составов низколегированных сталей с высокими демпфирующими свойствами [5].

Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими литейными сплавами. Область применения чугуна все больше расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических свойств, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и химическими свойствами [7].

Чугун, в отличие от стали, обладает низкой чув­ствительностью к надрезам. Благодаря этому возникающие, в чу­гунной отливке надрезы (раковины, поры, неметаллические вклю­чения, риски после механической обработки и т. д.) в малой сте­пени снижают ее конструктивную прочность. Подобные же надрезы в стальной отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластич­ность и усталостную прочность.

Эта особенность чугуна объясняется наличием большого коли­чества надрезов, образуемых графитовыми включениями, и высо­кой циклической вязкостью чугуна. Циклическая вязкость харак­теризуется энергией, которая рассеивается (переводится в тепло) при переменных нагрузках в упругом материале. Благодаря этим преимуществам чугун, в ряде случаев оказы­вается более надежным конструкционным материалом, чем сталь.

Механические свойства основных структурных составляющих, встречающихся в сером чугуне, приведены в таблице 1.

Наиболее прочной структурной составляющей чугуна является пер­лит. Увеличение количества феррита и появление структурного свободного цементита снижают прочностные свойства. Для повышения механических свойств чугуна, а также получения чугунов со специальными свойствами используют легирование различными элементами. Чаще всего для этой цели применяют хром, никель, молибден, медь, алюминий, титан, ванадий.

Таблица 1.

Свойства структурных составляющих чугуна [4]

Влияние этих элементов на кристаллизацию и структуру чугуна различно и во многом зависит от характера их распределения между структурными составляющими чугуна. Влияние, оказываемое легирующими элементами на кристаллизацию чугуна, обеспечивает повышение механических свойств, особенно сильно влияют молибден, ванадий, хром, способствующие размельчению графитовых включений и повышению дисперсности перлита. Никель и медь увеличивают прочность в меньшей степени, так как они способствуют графитизации; положительная роль их связана только с повышением дисперсности перлита и выравниванием свойств в тонких и толстых сечениях отливки [7].

Скорость затухания звуко­вых колебаний серых чугунов изменяется в пределах 140–310 дБ/сек. Она ограничена предельными значениями, ко­торые обусловлены определенными интервалами содержа­ния углерода и кремния в чугуне (таблица 2) [2]:

Таблица 2.

Скорость затухания звуковых колебаний серого чугуна

Как показали исследования характеристик звукоизлучения двойных и тройных сплавов железа с углеродом и кремнием, изменение содержания углерода и кремния в определенных пределах влияет как на упругие, так и на диссипативные свойства, а значит – и на акустические свойства. Путем выбора чугуна, содержащего определен­ную концентрацию углерода и кремния в пределах, ого­воренных для данной марки, можно получить чугун с пони­женным звукоизлучением.

В результате исследований промышленных марок серого чу­гуна рекомендованы концент­рации кремния и углерода, при которых суммарный уровень звукового давления (УЗД) снижается на 4–6 дБ (таблица 3).

Таблица 3.

Рекомендуемые концентрации углерода и кремния в серых чугунах [2]

Изменения акустических свойств чугуна можно достичь также выбором условий охлаж­дения отливок в процессе кри­сталлизации. Снижение скорос­ти охлаждения отливок способ­ствует выделению свободного графита (как фазы с минималь­ным термодинамическим потен­циалом), увеличение содержания которого перемещает максимальную звуковую энер­гию в диапазон низких частот и способствует росту скорос­ти затухания звуковых колебаний.

Предварительные исследования показали, что путем выбора химического состава чугуна и соответствующей скорости охлаждения отливок можно снизить уровень зву­кового давления на 8–12 дБ и устранить высокочастотные составляющие в спектре шума [1; 6].

Решающее значение для уровня демпфирующих свойств чугуна имеют количество, форма и распределе­ние графита в чугуне. Поэтому роль графита как струк­турной составляющей чугуна в явлении рассеяния энер­гии упругих колебаний следует рассмотреть особо.

Увеличение содержания графита в чугуне снижает временное сопротивление при растяжении и сопротив­ление изгибу. Более грубые выделения графита приво­дят к большему снижению прочностных свойств, играя роль надрезов в структуре матрицы. От количества, формы и распределения графита зависит и весь комп­лекс обычных механических свойств чугуна. Именно поэтому при увеличении содержания кремния, сильно графитизирующего чугун, снижается временное сопротивление при растяжении, сопротивление изгибу и твердость. В этом случае в результате активной графитизации происходит уменьшение количества перлита и соответственно увеличение количества менее прочного феррита.

Аналитический обзор литературных источников позволил выявить, что шум ударного происхождения является одним из самых вредных на производстве.

Таким образом, одним из самых перспективных методов борьбы с производственным шумом является снижение шума в источнике возникновения с применением новых высокодемпфирующих материалов. В качестве высокодемпфирующих сплавов можно применить серый чугун, который нашел широкое применение в отраслях горнометаллургического комплекса.

Список литературы:

1. Злобинский Б.М., Муравьев В.А. «Литейное производство», 1971, № 10, С. 9.
2. Литейное производство. Под ред. И.Б. Куманина. – М., «Машиностроение», 1971, 320 с.
3. Муравьев В.А. Демпфирующие свойства металлов и сплавов. // Труды IV международной научно-технической конференции «Новое в охране труда и окружающей среды», Алматы: КазНТУ, 2002, 409 – 411 с.
4. Утепов Е.Б., Актаев Б.Г., Актаева Д.У., Утепов Т.Е. Применение «тихих» сплавов в технике борьбы с шумом: / Алматы, 1998, 78 с.
5. Утепов Е.Б., Умирбаева Р.С., Кожахан А.К. Использование демпфирующего материала в технике борьбы с шумом. // Труды пятой международной научно-технической конференции «Новое в охране труда, окружающей среды и защите человека в чрезвычайных ситуациях» Часть I, Алматы: КазНТУ, 2002, 247–251 с.
6. Утепов Е.Б., В.С. Шевцова, Ерконыр А.К. и др. Исследование акустических свойств чугунного образца // Сборник научных трудов «Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организация производства)», Алматы, 2005, Вып. 2, С. 13–20.
7. Hajimee K. Relation between the speed propagation of the elastic waves and texture of rolled steel sheet. – J. Iron and steel Jnst/ Jap., 1981, r. 67, r; 5, p.