CC BY
17
Полагая, что интегралы нагрузки на пористый слой в (42) и (45) одного порядка, имеем условие пренебрежимости упругими процессами при усадке пор:
к с,
Здесь , g2 - некоторые усредненные за время тсп и по объему функции пористости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Жорник В.И. Получение покрытий методом припекания. Минск:
Наука и техника, 1980. 176 с.
2. Скороход В.В. Реологические основы теории спекания. Киев: Наукова думка, 1972. 152 с.
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 248 с.
4. Абрамович Т.М., Дорожкин Н.Н., Донских С.А. и др. Введение в физику твердых, жидких и порошковых систем / Под ред. проф. Н.Н. Дорожкина. Таганрог: Изд-во Таганрог. гос. пед. ин-та, 2004. 104 с.
5. Скороход В.В., Тучинский Л.И. Условие пластичности пористых тел // Порошковая металлургия.
№ 11. 1978. С. 83-87.
6. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Ярошевич В.К. Импульсные методы нанесения порошковых покрытий. Минск: Наука и техника, 1985. 278 с.
Б.А. Варнавских
ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЗНАНИЙ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ У СТУДЕНТОВ В ЛЕКЦИОННОМ КУРСЕ
Лекционный курс технологических дисциплин позволяет знакомить студентов с современными методами обработки металлов. В настоящее время технологические методы обработки металлов шагнули далеко вперед по сравнению с материалом, изложенным в учебных пособиях. Поэтому возникает необходимость вооружить студентов-технологов второго курса новыми знаниями по данной проблеме. Рассмотрим некоторые технологические подходы к методам обработки металлов.
I. Использование многослойных металлов.
Многие отрасли техники настолько жестко предъявляют свои требования к металлам, что отдельно взятый металл не может удовлетворить их. Поэтому ученые предложили использовать многослойные металлы. Их стали называть биметаллами. Исторически такие биметаллы применяли давно, еще в 1769 г. Для хронометров был предложен термокомпенсированный баланс, изготовленный из сталелатунной ленты. Биметаллическим датчикам температуры более 200 лет. Но выгода оказалось в другом. Латунированный стальной лист заменяет чистую латунь. Например, в химическом машиностроении необходимо применять листы нержавеющей стали или титана до толщины 100 мм. Но такой лист может быть изготовлен из дешевой углеродистой стали с тонким покрытием. Это может сэкономить до 80 % дорогих сплавов.
В двигателях внутреннего сгорания одной из ответственных деталей являются подшипники. Раньше для их изготовления применялась антифрикционная свинцовистая бронза и баббит. Эти сплавы дорогие. В настоящее время применяется биметаллическая лента из стали, на которую нанесен алюминиевый сплав. Вкладыши из этой ленты прочны, легки, и их стоимость ниже, чем бронзовых.
В США, Германии и других странах Европы растет производство алюминиевого листа, покрытого сталью или титаном. Этот материал обладает многими достоинствами: он легок и прочен,
у него высокая тепло- и электропроводность. Чугун-алюминий используют для изготовления цилиндров двигателей.
Еще одно свойство многослойных металлов - из слоистого металла можно изготовить самозатачивающийся инструмент. Если на одной поверхности расположен очень твердый слой, а плотность последующих слоев постепенно уменьшается, то износ инструмента в процессе работы такой, что режущая кромка будет острой. Применение самозатачивающихся режущих инструментов для почвообрабатывающих машин позволяет повысить их производительность и сэкономить металл.
Высокоуглеродистая сталь имеет недостаток - она очень хрупкая. Если поверхность обезуг-леродить, то хрупкость исчезает при сохранении всех достоинств. А иногда возникает необходимость создать вязкий малоуглеродистый слой внутри изделия.
Очень перспективен такой материал как титан. Он легче стали в два раза, по прочности не уступает легированным хромоникелевым сталям, в отличие от алюминия сохраняет прочность при высоких температурах. А также у титана хорошая коррозионная стойкость. Но титан - это дорогой металл. Биметалл титан-сталь во многих случаях может заменить чистый титан. Такой биметалл выпускается в промышленных масштабах во всех ведущих странах. Химические установки, собранные из такого металла служат в десятки раз дольше, чем из нержавеющей стали. Это дает колоссальный экономический эффект.
В автомобиле очень трудно уберечь от коррозии выхлопную трубу и глушитель. Автозаводы переходят на производство глушителей из сталеалюминиевого листа.
При изготовлении деталей, работающих при высоких температурах, представляет интерес биметалл нержавеющая сталь-ниобий, который исключительно химически стоек и жаропрочен. Из него делают теплообменники для атомных реакторов, т.к. ниобий не взаимодействует с расплавленными металлами, применяемыми в качестве теплоносителей.
Особый интерес представляют термобиметаллы. Для них подбирают компоненты, коэффициенты теплового расширения которых различаются как можно сильнее. Полоса такого двухслойного металла при нагревании будет изгибаться. Термобиметаллы применяются в качестве датчиков температуры в тепловых реле. Некоторые детали реактивных двигателей работают в исключительно тяжелых условиях. Самые теплостойкие металлы - вольфрам, молибден, тантал, ниобий -не выдерживают и быстро разрушаются. Сопла двигателей из биметалла тантал-медь работают при температуре 2800°С и давлении 70 атмосфер, имеют достаточный запас прочности, выдерживая перегрузки и вибрации.
Ученые соединили металл и пластмассу. Производится стальной прокат с приваренным к нему слоем поливинилхлорида. Конструкции из такого материала не нуждаются в защите от коррозии.
Как еще можно получать многослойные металлы?
Один из старых методов - заливка жидким металлом пластины из другого металла и последующая совместная прокатка и прессование.
При центробежном литье применяется последовательная заливка металлов в одну вращающуюся форму. Так получают многослойные трубы.
Другим распространенным методом является сварка в процессе совместной пластической деформации. Для этой цели тщательно очищенные листы металлов складывают, скрепляют электросваркой и подвергают горячей или холодной прокатке. Производство биметаллических труб и проволоки осуществляется похожим методом.
Ученые предложили метод диффузной сварки в вакууме. Свариваемые листы помещают в вакуумную камеру и подвергают сжатию с подогревом. Давление и температура берутся небольшие. Их задача состоит в том, чтобы ускорить процесс диффузии. Этот метод позволяет сваривать самые разнообразные детали, материалы, которые невозможно сварить обычным способом (сталь-чугун, сталь-алюминий, сталь-вольфрам, металл-керамика).
Технологи взяли на вооружение технологию взрыва. Разработаны методы соединения различных металлов с его помощью. Пакет, сложенный из нескольких листов, покрывают слоем
взрывчатки и детонируют ее. Ударная волна с огромной скоростью и силой сжимает листы, таким образом сваривая их. Таким методом можно изготавливать и многослойные трубы.
Применяется также и сварка электронным лучом, с помощью лазера.
Существуют методы получения гальванопластическим путем толстых не отслаивающихся покрытий.
II. Применение ультразвука для обработки металлов.
Ультразвук - хороший работник. Он помогает заглянуть вглубь металла и рассмотреть предметы, скрытые за слоем непрозрачного вещества. С его помощью можно смешивать различные вещества, например, бензин и воду, воду и ртуть, воду и масло. Ультразвуком обезжиривают детали, красят ткани, стирают белье и лечат зубы.
Неслышимые человеческим ухом колебания ультразвука с частотой свыше 20 000 Гц, в технике применяют частоту до 5-6 млн. Гц и даже до нескольких миллиардов Гц. Для технического применения ультразвука важны следующие его качества: способность распространяться в твердых средах, особенно в кристаллах, способность отражаться от границы двух сред, преломляться на границе сред, большая мощность на единицу поверхности. Ультразвук, применяемый в технике характеризуется удельной мощностью до 500 Вт/см2.
Промышленная дефектоскопия - вот его применение. Зная скорость его распространения можно судить о плотности материала, вязкости, упругости. Контролируются ультразвуком и жидкие тела - определяют их концентрацию, ход реакции, находят посторонние примеси.
Ультразвуком можно сверлить не хуже сверла. Станок работает следующим образом : к поверхности детали покрытой тонким слоем эмульсии с абразивным порошком, приближают наконечник ультразвукового вибратора - устройства, создающего ультразвук. Абразивные частички под действием ультразвука колеблются и постепенно стачивают поверхность детали. Образуется углубление по форме наконечника. Если подавать наконечник в глубину, то можно получить отверстие любой глубины. Всё изделие не подвергается воздействию высоких температур. Наконечник даже не прикасается к изделию, между ним и изделием находится слой эмульсии. Широко такие станки применяются там, где есть необходимость делать отверстия малого диаметра в материалах высокой прочности.
Как получают ультразвук?
В газах его получают механическим способом. Кусок металла, внесенный в звуковое поле ультразвука, нагревается докрасна за 1 минуту при частоте 500 000 Гц.
Для жидкости ультразвук получают с помощью переменного магнитного поля. Для твердых тел, металлов лучше всего применять пьезоэлектрический метод.
III. Электроэрозионный метод.
Это очень редкий метод обработки материалов, который называется электроэрозионным методом. В таких станках нет ни резца, ни фрезы. Делают они детали весьма сложной формы. Инструмент по форме отверстия подводят к небольшому участку заготовки 2-3 мм2. Затем подается ток высокого напряжения в виде коротких мощных разрядов. Искра в месте соприкосновения имеет очень высокую температуру. Металл плавится, образуя углубление. Часть металла испаряется, часть металла удаляют. Этот метод очень хорош. Форма электрода - инструмента копируется в заготовке. Электроэрозионную обработку применяют там, где надо получить детали очень сложной формы.
Интенсивность такой обработки зависит от теплопроводности, температуры плавления, удельного электрического сопротивления электродов и величины электрических зарядов. Твердость металла мало влияет на интенсивность обработки.
Станки для электроэрозионной обработки делятся на отрезные, заточные, шлифовальные, копировальные, комбинированные. Все они имеют: генератор импульсов, автоматическую подачу электродов, систему вентиляции газов и паров.
В станках заготовки помещают в специальную жидкость. Все существующие станки этого типа основаны на использовании четырех методов электроэрозионной обработки: электроискровой,
был созданный в 1943 году, анодно-механический, электроимпульсный, электроконтактный. физическая основа всех методов одинакова - разрушение поверхности металла электрическим током. Различаются эти методы между собой в основном электрической схемой и током генератора.
Особенно широко применяется электроимпульсная обработка, так как она происходит в воздушной среде. Этот метод очень производителен, поточность его небольшая. Его используют для грубых работ: зачистки чугунного литья, обработки поверхностей.
Все вышеизложенные методы обработки материалов имеют огромные возможности и очень широкий диапазон применения в производстве.
Поэтому будущим учителям технологии необходимо иметь представление о данных методах обработки металлов, чтобы информировать учащихся на педагогической практике, показывать свою эрудицию в данной проблеме.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абрамов Ю.А., Андреев В.Н., Горбунов Б.И. Справочник технолога-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1985.
2. Афонькин М.Г., Магницкая М.В. Производство заготовок в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1987.
3. Дольский А.М., Гаврилюк В.С., Бухаркин Л.Н. Механическая обработка материалов. М.: Машиностроение, 2003.
4. Елисеев Ю.С., Бойцов А.Г. Технология производства авиационных газотрубных двигателей. М.: Машиностроение, 2003.
С. А. Донских, А. И. Ушаков О СТРОЕНИИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Современные модели образования Солнечной системы допускают предположение, что в процессе роста планет - гигантов значительное количество твёрдого вещества было выброшено далеко на периферию Солнечной системы, за пределы орбит известных ныне планет.
В 1930 году был открыт Плутон. Он значительно меньше Луны, состоит преимущественно изо льда, обращается вокруг Солнца по сильно вытянутой (е ~ 0,25) и наклонённой (/ ~ 170) орбите. Плутон стали считать границей Солнечной системы (а~6х109 км ~ 39,5 а. е.).
В 1992 году начинается эпоха великих планетографических открытий. За орбитой Плутона, вблизи от неё, был обнаружен астероид 1992 рБ1. В период с 1999 по 2003 год за орбитой Плутона было обнаружено более 800 объектов. Стало очевидно, что Плутон является нижней границей обширного внешнего пояса астероидов, получившего название пояса Койпера в честь американского астронома Джерарда Койпера (1905-1973).
Сейчас известно около 1000 астероидов этого пояса, их диаметры заключены в интервале от нескольких сотен до 1000 км. Суммарная масса известных астероидов пояса составляет примерно % массы Луны. Вокруг 14 астероидов вращаются небольшие спутники. Предполагается, что всего в поясе может быть до 500000 астероидов диаметром более 30 км. Площадь пояса в 1,5 раза больше площади Солнечной системы до орбиты Нептуна. Предполагается, что астероиды состоят в основном из водных, азотных, метановых, аммиачных, углекислых и прочих льдов.
Более 90 % объектов движутся по почти круговым орбитам на расстояниях от 30 до 50 а. е., причём внешняя граница пояса четко выражена, хотя 43 астероида, двигаясь по сильно вытянутым орбитам, уходят почти на 100 а. е. от Солнца. Многие из орбит сильно наклонены к плоскости Солнечной системы, у 20 астероидов наклон превышает 400, у некоторых доходит до 900. Возможно, на внешней границе пояса движется крупный планетный объект размером с Марс, удерживающий весь пояс в равновесии.
Геометрическая структура пояса представлена на рис. 1.
