CC BY
29
а)
в)
б)
Рис. 5. Макротрещины на фольге с концентраторами
Полученная по результатам эксперимента зависимость числа циклов нагружения N до появления макротрещин от амплитуды циклических напряжений б образца показана на рис. 6. Данная калибровочная зависимость получена для медной гальванической фольги. Следует отметить, что сделанная нами попытка электроискровой обработки алюминиевой фольги дала неудовлетворительное качество поверхности (неровные края). Эта фольга, вероятно, требует более тщательного подбора режимов резания.
нальное отделение. -Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2001.-Вып. 3-4. -С. 352-354.
4. Вапнярчук В.Г., Селезнев Е.Е., Суриков М.М. Электроискровая резка кристаллов/Под рук. В.И. Бочегова и П.М. Логиновских// Сборник тезисов докладов научной конференции студентов Курганского гос. ун-та. -Вып. 7. -Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2006. -С. 28.
С.Г. Тютрин
Курганский государственный университет, г. Курган
К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ФОЛЬГИ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Метод определения циклических напряжений гальваническим меднением, известный в нашей стране по книге [1], за последующие годы был существенно развит и модифицирован за счет применения новых способов изготовления и контроля датчиков. К настоящему времени некоторые варианты этого метода в виде металлических пленок [2], датчиков деформаций интегрального типа [3], метода металлопокрытий [4] могут использоваться инженерно-техническими работниками различных отраслей промышленности. Одним из сдерживающих факторов в этом является необходимость применения специальных технологий для изготовления датчиков.
Нисколько не умаляя значения металлопокрытий, изготавливаемых специально для применения их в качестве датчиков усталости, отметим, что даже «простое» меднение поверхности детали требует наличия источника постоянного напряжения, приборов для контроля и регулирования параметров тока, гальванической ванны с приспособлениями для крепления электродов и соединительными проводами, набора качественных химических реактивов (в том числе для обработки до и после электролиза). Если при этом требуется обеспечить высокую стабильность свойств получаемых покрытий, то аппара-турно-технологическая схема усложняется многократно [3].
В то же время современной промышленностью выпускается большой ассортимент фольги (рис. 1), которую можно успешно применять в качестве металлопокрытия для оценки эксплуатационной нагруженности деталей машин, при этом дополнительная обработка будет минимальной или вовсе не потребуется. Указанный перечень не является исчерпывающим и, в частности, он может быть расширен за счет некоторых лент, изготавливаемых такими же тонкими, как и фольга.
Рис. 6
Список литературы
1. Заявка №99101443/28 от 27.01.1999 G01B 7/16 Датчик усталостного
повреждения/В.Н.Сызранцев, С.Г.Тютрин// Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам. -2000.-№29. -Ч. 1. -С. 215.
2. Сызранцев В.Н., Тютрин С.Г. Определение напряжений с использова-
нием металлической фольги с концентраторами//Проблемы совершенствования передач зацеплением: Сб. докл. науч. семинара учебно-науч. центра зубчатых передач и редукторост-роения.-Ижевск-Москва, 2000. -С. 54-56.
3. Тютрин С.Г. Определение напряжений при помощи прошитой фольги//
Вестник Российской академии транспорта. Уральское межрег ио-
Рис. 1
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
19
N
Наиболее распространенной, очевидно, является алюминиевая фольга. Алюминиевую рулонную фольгу, применяемую для термо-, гидро- и звукоизоляции, а также для других целей, регламентирует ГОСТ-618-73. Толщина такой фольги составляет от 7 мкм до 0,2 мм. Ее изготавливают из алюминия марок АД1, АД0, АД, АМц, А7, А6, А5 и А0. Допускается изготовление фольги из алюминия, дополнительно легированного железом до 1,2% по массе. Временное сопротивление при растяжении фольги зависит от ее толщины и составляет 30-40 МПа для мягкой (отожженной) фольги и 100-120 МПа для твердой. Относительное удлинение мягкой фольги после разрыва для фольги толщиной 12-45 мкм составляет 2%, при большей толщине — 3%.
ГОСТ 745-2003 распространяется на холоднокатаную алюминиевую фольгу, предназначенную для упаковывания пищевых продуктов, лекарственных препаратов, изделий медицинского назначения, продукции косметической промышленности, а также производства упаковочных материалов на основе алюминиевой фольги. Фольга изготавливается толщиной от 6 мкм до 0,2 мм из алюминия и алюминиевых сплавов марок АД, АД0, АД1, А6, А5, А0, 8011, 8011А, 1145, 1050, АЖ1, АЖ0,8 и АЖ0,6. Все виды фольги в соответствии с ГОСТ 745-2003 изготавливают в мягком (отожженном) или твердом (неото-жженном) состоянии; механические свойства фольги не регламентируются.
Фольга алюминиевая для конденсаторов по ГОСТ 25905-83 изготавливается из алюминия высокой чистоты (99,99%).
Среди алюминиевой фольги, выпускаемой в качестве товара народного потребления, широко известна фольга марки «Саянская». Эта фольга выпускается в следующих модификациях [5]: стандартная (толщиной 910 мкм), универсальная (толщиной 12 мкм), особо прочная (толщиной 14 мкм) и «Саянский цирюльник» (толщиной 16 мкм).
ГОСТ 5638-75 (фольга медная рулонная для технических целей. Технические условия) распространяется на холоднокатаную фольгу из меди, предназначенную для применения в приборостроении и других отраслях промышленности. Параметры медной фольги марки ФМЭ-ГАЦ (фольга медная электролитическая гальваностойкая с односторонним адгезионным медным покрытием с антикоррозионной обработкой, оцинкованная) регламентируют ТУ 1844-001-05774969-99. При толщине 18 мкм сопротивление разрыву такой фольги — не менее 196 МПа, а относительное остаточное удлинение — не менее 2%. При толщине 35 и 50 мкм эти показатели составляют 245 МПа и 3 % [6].
Впервые фольгу промышленного изготовления было предложено применить в качестве датчиков деформа-
ций интегрального типа В.Н. Сызранцевым и А.Ю. Удови-киным, однако выбор материалов фольги был ограничен одним видом кристаллической решетки (гранецент-рированная кубическая, как у меди), а технология изготовления предусматривала обязательный дополнительный отжиг [3]. Существенное расширение перечня материалов, пригодных для использования в качестве датчиков усталости, выполнено в работе [4], где в качестве критерия было выбрано отношение предела выносливости к модулю продольной упругости материала фольги. Анализ условий работы системы деталь-металлопокрытие с позиций теории усталости материала позволил синтезировать целую гамму новых датчиков [7].
В данной работе были проведены сравнительные испытания трех видов фольги. Это фольга алюминиевая мягкая ГОСТ 25905-83 толщиной 16 мкм, фольга алюминиевая мягкая ГОСТ 745-2003 толщиной 10 мкм и фольга медная ГОСТ 5638-75 толщиной 20 мкм. При этом вся дополнительная обработка сводилась к тому, чтобы вырезать из фольги датчик в виде полоски размером, например, 4х55 мм и отполировать его поверхность с помощью алмазной пасты №1/0 (ТУ-2-037-506-85).
Испытания проводились на машине МУИ-6000, обеспечивающей изгиб при вращении образца, частота нагру-жения 100 Гц. Использовался стальной образец с конической полированной рабочей частью, на которую наклеивался датчик. Контроль осуществлялся по моменту появления следов дислокаций на поверхности датчика. Для этого машина периодически останавливалась, и образец осматривался под микроскопом МБС-9 при 98-кратном увеличении. Вид поверхности фольги перед началом испытаний показан на рис. 2а, 3а, 4а. Вид поверхности датчика с четко выраженными следами дислокации, появившимися в результате циклического нагружения, показан на рис. 26, 3б, 4б. Фотографии, приведенные на рис. 2е, 3е, 4е, показывают поверхность фольги с предельно насыщенным внешним эффектом. Таким образом, у всех испытанных видов фольги наблюдается сильный внешний эффект примерно одинакового характера.
На рис. 5 показаны калибровочные зависимости используемой фольги, построенные по результатам эксперимента, где N — число циклов нагружения образца до появления внешнего эффекта на поверхности фольги; б — амплитуда циклических напряжений, возникающих на поверхности образца в том сечении, где наблюдалось появление внешнего эффекта.
Для определения напряжений использовалась известная формула сопротивления материалов для чистого изгиба, а диаметр поперечного сечения измерялся во время эксперимента. Из рисунка видно, что все испытанные виды фольги обеспечивают устойчивую зависимость момента появления следов дислокаций от уровня нагру-
20
ВЕСТНИК КГУ, 2007. №4
а)
б)
Рис. 3. Кинетика следов дислокаций на фольге ГОСТ 745-2003
в)
Рис. 4. Кинетика следов дислокаций на фольге ГОСТ 5638-75
женности и могут быть рекомендованы для применения в качестве датчиков усталости. Чувствительность датчиков оказалась существенно разной, что может быть весьма полезным при проведении технической диагностики деталей с разным уровнем нагруженности.
400
50--------
0 -I-------
30 60 90 120 150 180 210
N. тыс. цикшш
Рис. 5. Калибровочные зависимости датчиков
6. www.kmez.ru.
7. Тютрин С.Г. Синтез металлопокрытий для оценки надежности и
долговечности элементов конструкций//Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения: Труды V Международной конференции,-СП6.: Изд-во СП6ГПУ, 2003. -С. 512-516.
Список литературы
1. Окубо Хадзимэ. Определение напряжений гальваническим меднением/
Пер. с японск. -М.: Машиностроение, 1968. -152 с.
2. ТроценкоД.А. Метод металлических пленок как средство неразруша-
ющего контроля усталости металлов//Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами: Тезисы докл. XXIII Уральской конф,- Курган: Изд-во Курганского гос. унта, 2006. -С.7.
3. Сызранцев В.Н. Методы экспериментальной оценки концентрации
циклическихдеформаций и напряжений на поверхностях деталей машин: Учеб. пособие. -Курган: РИО КМИ, 1993. -83 с.
4. Тютрин С.Г. Применение металлопокрытий для экспериментального
исследования нагруженности и долговечности элементов транспортных машин//Вестник Российской академии транспорта. Уральское межрегиональное отделение. -Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2001.-Вып. 3-4. -С. 349-351.
5. www.rusal.ru.
